DE1704933C

DE1704933C -

Info

Publication number: DE1704933C
Application number: DE19671704933
Authority: DE
Inventors: Masahide Tokio Yazawa
Original assignee: Polymer Processing Research Institute Ltd
Current assignee: Polymer Processing Research Institute Ltd
Priority date: 1966-12-28
Filing date: 1967-11-24
Publication date: 1973-08-23

Description

gehalt des Produkts im allgemeinen bei 50°/„ oder weniger.

Steigt der Fasergehalt über 80 °/„ an. dann nimmt die Festigkeit im allgemeinen zu. Ist dieser aber zu hoch, dann steigt die Festigkeit nicht mehr im Verhältnis zu der Zunahme des Faseranteils an, da die Benetzung und die Umhüllung der einzelnen Snaltfasern mit Polymeren, aus dem die Folie besteht, verringert wird. Ferner weist bei einem zu hohen Fasergehalt infolge des Absinkens der Heißklebefähigkeit der erhaltene Schichtstoff nur einen geringeren praktischen Wert auf. Daher wird die obere Grenze des Fasergehalvs hei 80% angesetzt. Der Fasergehalt liegt bei der vorliegenden Erfindung, wenn das Produkt fest sein soll, daher meistens innerhalb des Bereichs von 20 bis 50%. Werden jedoch beispielsweise gefärbte Spaltfasern zu Dekorationszwecken zugemischt, wobei keine besondere Festigkeit, sondern lediglich die Dimensionsbeständigkeit erforderlich ist, dann reicht zu solchen Zwecken in vielen Fällen ein geringerer Fasergehalt aus. Aber selbst in diesem Fall sollte der Fasergehalt i0 Gewichtsprozent oder mehr des Bog^ns ausmachen, wobei ein unter 10% liegender Fasergehalt sinnlos ist.

Das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Herstellung von Materialien wie Gürteln, Bändern, Riemen od. dgl. eingesetzt, die hauptsächlich Festigkeit in Längsrichtung erfordern. Das erhaltene Prodrkt ist entsprechend seinem Fasergehalt in Längsrichtung fest, weiterhin weich und kaum brüchig, nicht rutschig und auf Grund seines hohen Anteils an unverstreckter Weichfolie in seillicher Richtung kaum einreißbar.

Zur Herstellung eines sowohl in Längs- als auch in Seitenrichtung, d. h. biaxial beständigen Produkts, beispielsweise eines als Textilmaterial oder Hartpapier geeigneten Materials, werden Spaltfasern in Längs- und in Seitenrichtung angeordnet (Kette und Schuß).

ίο Zu den Spaltfasern aus verschiedenen Polymeren können Folien aus Polymeren der gleichen Art oder der gleichen Gruppe wie diejenigen der Spaitfasern. ihre Copolymere oder Derivate, deren Erweichungstemperaturen unterhalb der Wärmcbeständigkeiistemperatur der Spaltfasern liegen, gewählt werden.

Das nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Erzeugnis kann zur Herstellung von Beuteln od. dgl. dienen. Mit ihm können auch andere Materialien wie Papier. Holz, metallische Folien und Platten beschichtet werden.

Nachstehend folgen Beispiele, bei denen von derselben Art des Polymeren für die Folie und für die Faser ausgegangen wird.

B e i s ρ i e 1 1

In diesem Beispiel werden die Festigkeit und Dehnung eines aus verstreckten Streifen und aus Spaltfasern hergestellten Produkts verglichen.

Tabelle I

Polymeres

Verstreckte Streifen als Ausgangsmaterial

Festigkeit

g/d

Polyäthylen (P.E.)
Polypropylen (P.P.)

4,5
3,8

Dehnung
7o

17
20

Spallfasern
ohne Zwirnung

Festigkeit
g/d

2,4
2,2

Dehnung

0/
/0

28
12

Die Spaltfasern, die ausgebreitet und geschärt wurden und ein Gewicht von 7 g/m² besaßen, wurden mit einer Folie mit niedriger Erweichungstemperatur und einem Gewicht von 18 g/m² durch Druck verklebt, worauf die erhaltenen Produkte aufeinander in Form von Kette und Schuß aufgeschichtet wurden und dann das gesamteMaterial erneut durch Druck verklebt wurde.

Das Endprodukt enthielt 36 g/m² der Folie und 14 g/m² Fasern.

In Tabelle II wurde die Festigkeit dadurch errechnet, daß die Festigkeit (gemessen mit einem Schopper-Typ) und ausgedrückt in g/d eines durch Zuschneiden auf eine Breite von 50 mm erhaltenen Musters des verstärkten Materials durch nur das Gewicht der Spaltfasern, ausgedrückt in Gesamt-Denier, die in einer Richtung des Schusses oder der Kette enthalten waren, dividiert wurde. Die Festigkeit der Folien betrug sowohl im Falle von Polyäthylen als auch von Polypropylen 0,8 g/d.

Aus Tabellen ist die Zunahme der Festigkeit des verstärkten Schichtmaterials für verschiedene Materialkombinationen ersichtlich.

Tabelle II

Kombination aus Folie und
Spaltfasern

Verklebungstemperatur

Festigkeit g/d	Kette	Dehnung 7.	Kette
Schuß	3,8	Schuß	13
3,8	7,7	13	16
8,0	7,8	17	28
7,3	29

Festigkeitszunahme 7o*) (Schuß+Kette) -τ-2**)

P.E. Folie und P.P. Spaltfasern
P.E. Folie und P.E. Spaltfasern P.P. Folie und P.P. Spaltfasern

110
115
145

• Festigkeit der S.F. unverzwirnt

Wobei P.E. Polyäthylen, P.P Polypropylen bedeutet.

*■> c .· L. ·. 1. «ι \ mn Festigkeit des N.W.F. ·

♦) Festigkeitszunahme (7o) = 100 · - j—^-^ =—7

Festigkeit der S.F. unverzwirnt

worin N.W.F. ungewebter Stoff, S.F. Spaltfaser bedeutet. Die Festigkeit ist in g/d angegeben. **) (Schuß + Kette) -f- 2 bedeutet das mittlere Zugabeverhältnis der Festigkeit von Schuß und Kette.

73
230
240

Wie aus den Tabellen 1 und Il ersichtlich ist, ist festgestellt, daß bei starker Verklebung der Folie mit den Spaltfasern die Festigkeit des Produkts so groß ist wie die Festigkeit der verstreckten Bahn vor dem Aufspalten, und zwar auf Grund der grundierenden und gut benetzenden Wirkung des Klebstoffs auf die unverzwirnrcn Spaltfasern, zusätzlich zu der Festigkeit der Folie. Wenn jedoch ein Polyäthylenfilm und Polypropylenfasern verwendet werden, dann nimmt die Festigkeit des erhaltenen Produkts nicht über den herkömmlichen geringen Wert hinaus zu. In diesem Fall können die Fasern bereits bei einer verhältnismäßig kleinen Belastung von der Folie abgeschält werden.

Aus den Tabellen I und II ist ersichtlich, daß, wenn die Spaltfasern und die Folie aus einem Polymeren der gleichen Gruppe bestehen, ihre gegenseitige Verklebung so stark ist, daß ein ftstes Produkt erhalten wird. In dem vorliegenden Beispiel wurc*i ein Polyolefin verwendet. In ähnlicher Weise dazu können feste Produkte auch mit solchen Kombinationen wie einer Folie aus dem Copolymeren von 60°/₀ Vinylchlorid mit 40% Acrylnitril und Spaltfasern aus Polyacrylnitril (mehr als 85°/₀ Acrylnitril), aus einer Polyvinylchloridfolie und Spaltfasern aus dem Copolymeren von 60% Vinylchlorid mit 40% Acrylnitril, aus einer unverstreckten Polyvinylchloridfolie oder einer auf die gewöhnliche Weise oder innerlich weichgemachten Polyvinylchloridfolie und Spaltfasern aus Polyvinylchlorid und^aus einer Polyesterfolie mit einer niedrigen Erweichungstemperatur und Spaltfasern aus herkömmlichem Polyester erhalten werden,

Beispiel 2

Beim Verschichten der Spaltfasern mit den Folien müssen die Spaltfasern zunächst ausgebreitet werden.

Eine Anzahl Folien oder Streifen wird unter Erhitzen parallel verstreckt und auf der Oberfläche einer sich drehenden Feile unter Spannung durch Gleitreiben gespaltet, wobei als Ergebnis Netze aus Spaltfasern im ausgebreiteten Zustand erhalten werden. In den Fällen, be^; welchen Spaltfasern, die auf einem Balken in Kabelform aufgewickelt worden sind, ausgebreitet werden sollen, ist die Ausbreitung vorgesehen durch:

1. Durchtritt der Spaltfasern durch einen flachen Kanal zusammen mit rasch fließendem Luftstrom.

2. Durchtritt durch viele gebogene oder gerade Führungskanäle.

3. Elektrische Aufladung.

Die oben beschriebenen Möglichkeiten 1, 2 und 3 werden bei der praktischen Durchführung miteinander in geeigneter Weise kombiniert.

Beispiel 3

Ein Verfahren zum Anordnen der Spaltfasern in Kette und Schuß ist im folgenden beschrieben:

Eine verstreckte breite Folie, so wie sie ist, oder eine Anzahl von gegenseitig parallel ausgerichteten verstreckten Streifen, welche durch Zerschneiden einer Folie erhalten werden, werden durch Gleitreibung auf der gekrümmten Oberfläche einer drehenden Feile gespalten. Man nimmt an, daß das erhaltene ausgebreitete SpaltfaserneV. eine Gruppe von Kettenfäden darstellt. Geeignete Gruppen davon wurden so parallel angeordnet, daß sie die vorgewählte Breite der Kette aufweisen und weiterhin bis zur vorgeschriebenen Dicke zur Bildung einer Kettenbahn aufeinandergeschichtet. Dieses Verfahren wird während der Bewegung der genannten Kettenbahn durchgeführt. Dann wird unter Erwärmen auf die erhaltene Kettenbahn eine erweichte Folie mit Druck aufgeklebt, um eine Lage herzustellen, die zunächst Kettenfäden von Spaltfasernetzen enthält und die aufgewickelt wird. Zwei derartige Ketten werden, wie unten angegeben, zusammengestellt. Wird beispielsweise eine unverstreckte

ίο Polyolefinfolie mit einer Breite von 1 m und einer Dicke von 0,06 mm neunfach verstreckt, so ist die dabei erhaltene verstreckte Folie 33 cm breit und 0,02 mm dick. Wird die verstreckte Folie durch Gleitreiben auf der Oberfläche einer drehenden Feile gespalten, so wird auf den Fasern im trockenen Zustand statische Elektrizität erzeugt, wodurch die einzelnen Spaltfasern voneinander abgestoßen weMen. In diesem Fall werden sie sich auf die mehrfache freite der ursprünglichen verstreckten Folie im zugfreien Zustand ausbreiten, so daU ihre Breite durch Zugspannung auf 50 cm eingestellt werden kann. Zwei Lagen des genannten Netzes werden parallel angeordnet, worauf zwei Lagen davon auf eine Breite von 1 m geschärt werden, wobei als Resultat die Dicke der Spaltfasern im wesentlichen durchschnittlich 0,026 mm wird. Wird auf diese ein 0,025 mm dicker Polyäthylenfilm mit niedriger Dichte aufgeschichtet, dann beträgt der Fasergehalt dieses Schichtkörpers etwa 51 %. Wenn auf die eine Seite des ausgebreiteten Spaltfasernetzes eine vorgewärmte Folie unter Erwärmen mit Druck aufgeklebt wird, dann durchdringt deren Polymeres die Faserschicht genügend bis zu der anderen Seite des Netzes. Wie oben angeführt, wird eine Rolle eines Bogens mit einer Breite von 1 m, der Ketten von Spaltfasernetzen enthält, hergestellt und eine weitere Rolle des gleichen Boger.s, die ähnlich der obigen hergestellt und auf eine Länge von 1 m zugeschnitten wurde, wird kreuzweise auf den vorhergehenden Bogen Seite an Seite wiederholt, während deren Umlaufs aufgeschichtet, worauf das gesamte Material einheitlich bei einer Temperatur, welche unterhalb der Wärmebeständigkeitstenperatur der verwendeten Spaltfasern, aber in dem Erweichungsbereich des verwendeten Polymerfilms liegt, durch Druck miteinander verklebt wird, wobei ein Schichtstoff, der kombinierte Ketten- und Schußfasern enthält, hergestellt wird. Das erhaltene Produkt kann, so wie es ist, als dünner Bogen verwendet werden, während, wenn feste und dicke Bogen hergestellt werden sollen, geeignete Schichten des obengenannten Bogens und die Bahnen derart aufeinandergeschichtet werden, daß die in jeder Bahn enthaltener. Spaltfasern sich überkieuzen und miteinander zu einem vielschichtigen Köiper durch Druck verklebt werden. Bei dem Verschichten von breiten Bögen werden, wenn zwischen den Schichten zurückbleibende Luftblasen eine unvollständige Verklebung bewirken, in einer der Schichten des Schichtstoffs Luftventilierungslöcher erzeugt. In jedem Fall weist der erhaltene Schichtstoff, sowohl in Längs- als auch in Seitenrichtung, eine hohe Festigkeit auf.

Das Be^:spiel bezieht sich auf 1 m weite Spaltfasern, welche fast gleichmäßig verteilt sind. Werden mehrere Netze aus Spaltfasern, welche durch Aufspalten verstreckter schmaler Folien oder Streifen, die parallel angeordnet sind, erhalten werden, in vorgewählten Intervallen verteilt und, wie oben ausgeführt, mit weichen Folien verschichtet, so wird ein Bogen, welcher unverdrillte Spaltfasern in Streifen enthält, erhalten. Werden zwei Lagen eines derartigen Bogens so auf-

einander verschichtet, daß sich deren Fasern miteinander im rechten Winkel kreuzen, so wird ein Schichtkörper mit Spaltfasern, die in diesem in Form eines gescheckten Musters verklebt sind, erhalten. Es ist bei diesem Verfahren möglich, die Faserdichte insbesondere an den Webkanten des Schichtkörpers zu erhöhen.

Die Einbettung von Spaltfasern in Form eines gescheckten Musters stellt die Methode dar, um es trotz eines niedrigen Fasergehalts bruchfest zu machen.

Die über den Inhalt des Patentanspruchs hinausgehenden Teile der Beschreibung dienen nur zur Erläuterung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, mit Kunststoffäden verstärkten Kunststoffmaterialien, bei welchem die Verstärkungsfaden mit Folien aus organischen thermoplastischen Polymeren mit einer Erweichungstemperatur, welche unterhalb der Wärmebeständigkeitstemperatur der Verstärkungsfäden üegt. verschichtet werden und das Schichtmaterial bei einer Temperatur unterhalb der Wärmebeständigkeitsicrnpcraiür der Verstärkungsfaden, aber innerhalb' des Erweichungstemperaturbereichs der Folie zur Gewährleistung der gegenseitigen Verklebung clruckverklebt wird, wobei der Fadengehalt in dem Schichtkörper in einem Bereich oberhalb 10 Gewichtsprozent und unterhalb 80 Gewichtsprozent gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß als die Verstärkungsfäden bpaltfasern mit netzförmiger Struktur eingesetzt werden.

Dir Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, mit Kunststoffäden verstärkten Kunststoffmaterialien, bei welchem die Verstärkungsfäden mit Folien aus organischen thermoplastischen F'olymeren mit einer Erweichungstemperatur, welche unterhalb der Wärmebeständigkeitstemperatur der Verstärkungsfaden liegt, verschichtet werden und das Schichtmaterial bei einer Temperatur unterhalb der Wärmebeständigkeitstemperatur der Verstärkungsfaden, aber innerhalb des Erweichungstemperaturbereichs der Folie zur Gewährleistung der gegenseitigen Verklebung druckverklebt wird, wobei der Fasergehalt in dem Schichtkörper in einem Bereich oberhalb 10 Gewichtsprozent und unterhalb 80 Gewichtsprozent gehalten wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekanni. Dabei werden Garne oder Stoffe in Folien eingearbeitet oder Schicht stoffe hergestellt. Dabei war es jedoch nicht möglich, bei der Verschicht iing die Zwischenräume der einzelnen Fasern des Garns; oder des Gewebes mit dem Poly meren, aus dem die Folie besteht, zufriedenstellend zu tränken, weil die herkömmlichen Garne, d. h. die als Faden gezogenen oder die aus Stapelfaser gesponnenen Garne meistens eine gewisse Verzwirnung besitzen. In solchen Fällen bedecken oder befeuchten die geschmolzenen Polymere lediglich die äußeren Oberflächen des Gewebes, ohne dabei in die Zwischenräume der Fasern einzudringen, als ob die erweichten Filme ausgeprägt wären, wobei die Durchdringung des Polymeren, aus dem die Folie besteht, nicht so weit geht, daß jede einzelne Faser,, aus der das Garn oder das Gewebe hergestellt ist, ausreichend bedeckt wird. Demgemäß ist die Verklebung zwischen dem Polymeren, aus dem die Folie besteht, und dem Garn oder dem Gewebe nur schwach, und die Folie und das Garn oder das Gewebe neigen dazu, bei äußeren Einflüssen ohne gegenseitiges Zusammenwirken ein voneinander unterschiedliches Verhalten einzunehmen. Wird weiterhin ein Schichtstoff aus einer relativ dünnen Folie gebildet, so verdicken sich die Teile des Schichtstoffs, die die Garne enthalten, wodurch das erhaltene Produkt sich gewöhnlich steif anfühlt und diie ursprüngliche Weichheit der Garne verlorengeht, was bei den herkömmlichen wasserdichten Kleidungsstücken oder Folien, die Garne enthalten, feststellbar ist.

Es sind auch Verfahren zur Herstellung von verstärk ten Schichtstoffen bekannt, bei denen Glasfasern, Mefalldrähte od. dgl. als Verstärkungsmaterial eingesetzt sind. Diese weisen auch die mit der Verwendung vo.i einzelnen Fasern oder Fäden oder Drähten verbundenen Nachteile auf. Es sind ferner Spaltfasern mit

ίο netzförmiger Struktur bekannt. Derartige Spaltfasern werden durch Aufspalten von nach dem Verformen in Längsrichtung verstreckten Folien hergestellt. Sie sind nicht verzwirnt. Benachbarte Fasern sind untereinander verbunden. Derartige Spaltfasern stellen eine sehr

J5 dünne Bahn aus einer einzigen Faserrhicht mit netzförmiger Struktur dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrschichtige, mit Kunststoffäden verstärkte Kunststoffmatenalien der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, welche verbesserte Festigkeit und Transparenz besitzen und bei dener vermieden ist, daß die ursprüngliche Weicnheit der Fäden verlorengeht und sich die erhaltenen Produkte steif anfühlen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch ge löst, daß bei dem eingangs beschriebenen Verfahren als die Verstärkungsfäden Spaltfasern mit netzförmiger Struktur eingesetzt werden.

Beim Verschichten einer aus derartigen Fasern bestehenden Bahn mit Folien in der eingangs beschriebe- nen Weise dringt das erweichte Polymere füllend zwischen die einzelnen Fasern ein und umhüllt diese. Die Zahl der faserartigen Flächeneinheit und die Oberfläche des Netzes sind groß, die Verklebung zwischen der Bahn und den Folien wird daher sehr stark, da durch wirken beide gegenüber äußeren Einflüssen zu sammen. Da die Faserbahn auch sehr dünn ist, ist das erhaltene Produkt auch nicht rauh und fühlt sich nicht so steif an wie Produkte, die durch Verschichten von aus einzelnen Fäden, Fasern od. dgl. gebildeten Garnen oder Geweben mit Folien erhalten werden. Das erhaltene Material ist glatt, dünn, weich und fest.

Wird beispielsweise eine Folie aus Polyäthylen mit hoher Dichte nach dem Verformen zehnmal verstreckt, so weist die erhaltene verstreckte Folie eine Festigkeit von 6 bis 7 g/d auf. Wird ein duroh Aufspalten des genannten verstreckten Films erhaltenes, ausgebreitetes Spaltfasernetz auf eine Folie aus Polyäthylen mit niedriger Dichte bei 10Ö bis 115°C unter Spannung in der Weise, daß der so erhaltene Boden einen Fasergehalt von 50% aufweist, aufgeschichtet, dann beträgt die Zähigkeit des erhaltenen Bogens, bei welchem die Fasern länglich angeordnet sind, 3 bis 4 g/d, selbst wenn die Spaltfasern sich im ausgebreiteten Zustand befinden. Weiterhin sind, da das erhaltene Produkt mit einer Folie verschichtet ist, die Fasern im ausgebreiteten Zustand gleichmäßig verteilt und zusammen mit der Folie zu einem Körper verbunden. Was das Verbinden der Produkte angeht, so kann dies durch Heißsiegeln geschehen, wobei ein gesondertes Verbinden durch Vernähen nötig ist. Auf Grund einer durchgeführten Untersuchung wurde bestätigt, daß ein Fasergehalt von 80 °/o selbst, wenn der Schichtstoff mit einer Folie beim Erhitzen auf eine hohe, fast der Wärmebeständigkeitstemperatur der Faßern gleichkommende

6b Temperatur erhitzt wird und druckverklebt wird, die Grenze darstellt, bei welcher das Polymer der verschichteten Folie die genannte Faserschicht bis zu deren Rückseite durchdringt. Jedoch liegt der Faser-