DE1816830A1 - Ungewebter thermoplastischer Stoff und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. W. PAAP 8 MÖNCHEN 22,

Dipl-hg. H. MITSCHERLICH Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN

Dr. rer. not. W. KÖRBER 24. Dez. 1968

PATENTANWÄLTE /_wa

Avlsuii Ö orp ο rat i on

21 South'-12th Street
Philadelphia, Pennsylvanla/V.St.A.

P at ent anme Idling

ungevfebter thermoplastischer Stoff und Verfahren zur Herstellung des selben

Die Erfindung betrifft ganz allgemein ungcv/ebte Stoffe, insbesondere ungewebte Stoffe aus orientiorbarem thermoplastischem ilaterial, cowio ein Verfahren zur Herstellung der Stoffe.

;":i:a uiigewebter Stoff besteht aus einer zusammenhängenden !'lache ·. on vor'.."ici:olten oder gebundenen Pasern, die ohne ein vorher-" gellenden "Verspinnen der lasern zu Garn und Verflechten durch "„•"ebon, wiri.rcci, UmIcIöppein oder dgl. oder eine andere G-arnvercrboitung gewonnen aind. Bei der Herstellung von ungewebten Stoffen sue- synthetischen j>'a,sern muss nach der üblichen Methode ciac c.3/n"cheticche iiaterial au)iächst in i'asern von geeigneter Länge überführt v/erden, die dann zur Bildung einer zusammenhängenden Bahn (v/ob) miteinander verbunden oder verwickelt werden.

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Bei der Herstellung von ungowebten i'extilien werden mittel- - lange bis lange Fasern gemischt und zu einer trockenen Bahn geformt, die dann auf geeignete Weise innerlich so verbunden wird, dal3 die !Fasern sich verbinden und aneinander hangen, um eine zusammenhängende !'lache zu bilden. Bei Verv.'endung von thermoplastischen fasern kann die Bindung durch iiitze- und Druckanwendung auf die trockene Bahn erfolgen, wobei die Pasern gezwungen werden, sich an ihren übereinander liegenden Stellen zu vereinigen. 3in anderes 'Verfahren hierfür besteht darin, die Bahn mit einer Klebflüssigkeit zu sättigen.

Es ist bekannt, mit der Nadel durchstochene und geschrumpfte Pilze aus ungewebten Stoffen mit Hilfe von mittellangen bis langen 3?asem, die aus einem Gemisch von schrumpfbaren und nicht schrumpfbaren Pasern bestehen, herzustellen. ?Jine . Masse wird durch Auflage von mehrfachen dünnen Bahnen gebildet, die dann mechanisch genadelt wird, um die Pasern zum Verwickeln zu zwingen, worauf die Bahn chemisch oaer durch Hitze behandelt wird, um sie sum Schrumpfen zu bringen.

Demgemäss ist Hauptziel der Erfindung ein wirksames Verfahren, um einen ungewebten Stoff ohne vorherige Bildung von Pasern herzustellen.

Insbesondere ist ein Ziel der Erfindung ein Verfahren, bei dem eine in Längsrichtung orientierte Bahn aus thermoplastischem Pilmmaterial fibrilliert und dann quer gestreckt wird, um ein Hetzwerk aus untereinander verbundenen, willkürlich gelagerten Pibrillen zu bilden, die stabilisiert werden können, um eine ungewebte einzelschichtige Bahn zu formen, oder die mit anderen Schichten überlagert und verbunden werden können, um ein ungewebtes Produkt von gewünschter Dicke und Gewicht zu formen.

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SAO ORiQiNAi.

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^Ί·1ϊη wesentlicher Vorteil der !iirl'incUiLng 'beruht auf Einsparung gen und Erleichterungen "beim Leröt^llipigsprosess, da es nicht erforderlich xct, zunächst fasern zu Tailden iit&d dann erst daraus ci:v? UeIm s'a iö-i^ion* . .:cfii:i4ungsg©;ni£iss -wird die i? "baJm .aus einer .gepreßctc:! KLäcae in Itö3itinuierlic3ier Ä weise .^oMl

G oar liri'iiiciiüng ^clrd dar; tneaaao^lautiscliG featerä. M in f;^iti--iⁱS:rt^/Gxⁱ &&.&%' ££%>tot'imi£ö$m &Ά eine .Strangpresse (e: rferiider) ^HWi? Mlüniiäg ©iner filmarti§en Baiin getor_:ac3it_a die in rerßÄA'OdeifiLen gtiiaf en 3JLngl3,S^;eitig optiaiaiL iMtef ßeruiii; der ^iaiifestig^eit pari ent i-ert, fibrilliert und cper Qeetreckt ^iS¹A* isa ain eiiägeniciitigeö iίetz^ίerk von unt#rein-r· anaer vsrt)UiiGönen -miä. ^iIlIcUrIi-Gh gelagerten IPilarillen 2U bildoii_? wöraui¹ die SelTicht mit anderen .Seüiehten verbunden vlruj ujn eiLioai ungevmibt-en Stoff ait gewünschtem G-ewicht # ^M ollden*

Die j}irfiiiiiia3ifi Ijeti-iffife weiterhin sin ungewelDtes fläGhenf;öißiii ge c fiJbaartifieo (ieöilc;© aus in Längsrichtung orientiert ein xhoriäöifrlasIiiscii^si.j.^qtLdX Bit einer '^ielsahl von -willlcür⁴-lieh vor teilten Liehlitiuen,, ^otooi cl.uö G-ebilde ψΐβτ gedehnt ist, -um ein i:<.etz-werl:-v5>n unuerei:iariaer verbundenen !''i

joe CiIc ^!!rillen in Lrliigsrichtung orientiert und v/illlrtlrlich gelagerx "cir-ic^" iet aas- resultierende iPrpdUiiit stahil und in Nieder .iio:r:un^ sehr fe-öt> "."'".

jlniian·:, aer .^ei-ianung öbll" die ',/irirungspeise der Erfindung näher e?:läutert v/erden:

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Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer ungewebten Einzelschicht aus einem. Netzwerk von untereinander verbundenen Pasern; · -

Fig. 2 stellt ein Teil einer orientierten Bahn dar;

Fig. 3 zeigt ein Teil eines orientierten und fibrillierten Bahnmaterials;

Fig. 4 zeigt ein !eil eines orientierten, fibrillieren _t und durch Querverstreckung gedehnten Bahnmaterials;

Fig. 5 zeigt schematisch den Ablauf der Verbundstufe des Verfahrens;

Fig. 6 zeigt schematisch einen Hadelwebstuhl zur Durchführung der Verbundstufe.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist mit verschiedenen Arten von synthetischem Material durchführbar, das zu Textilfaden geformt werden kann, wie Polyamide, Polyester, Acrylate, Polystyrole, Vinylpolymerisate oder andere kristallisierbare und orientierbare thermoplastische Stoffe. Vorzugsweise besteht das verwendete Material aus einem Polyolefin.

Polyäthylen und Polypropylen gehören zu den Polyolefinharzen mit chemisch ähnlichen Eigenschaften. Beide Harze sind thermoplastisch und haben ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, wie leichtes Gewicht, Dehnbarkeit, Zähigkeit und hohe chemische Widerstandsfähigkeit. Ein steigender Verbrauch an Polyäthylen und Polypropylen ist bei Textilfasern zu beobachten

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nicht nur wegen ihrer überragenden physikalischen Eigenschaften, sondern auch wegen ihrer relativ niedrigen Herstellungskosten.

Polypropylen ist ein Polymerisal, das chemisch Polyäthylen ähnlich ist, jedoch eine komplexere Polymerkette hat. Sein Hauptvorteil gegenüber Polyäthylen beruht auf seinem sehr niedrigen Gewicht, denn Polypropylen hat eine Dichte von o,S95 - o,9o2 im Vergleich zu Polyäthylen mit einer Dichte o,91o - o,965. Insofern ist Polypropylen das leichteste aller in der lechnik brauchbaren plastischen Stoffe. Ausserdem hat Polypropylen wesentlich höhere Erweichungs- und Schmelzwerte, die eine Verwendung für Garne bei [Temperaturen über dem Siedepunkt von Wasser ermöglichen. In sonstiger Beziehung sind beide Polyolefine mehr oder weniger angemessen, denn Polypropylen und Polyäthylen mit hoher Dichte sind Stoffe hoher Festigkeit, Dehnbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse.

In Pig. 1 ist eine Amtsführung eines kontinuierlichen Systems gemäss dar Erfindung zur Herstellung eines ungewebten Stoffes aus synthetischem- thermoplastischem Material wie Polypropylen dargetsteilt. Aus einer Preßstufe 1o lauft kontinuierlich eine Bahn (vreb) 11 .aus z.B. Polypropylehfilm ab. In der Praxis kann die Dicke eines Films ο,63 - 5o,8 mm (T/4 2o mils), vorzugsweise 1,26 - 5,o8 mm (i/2 - 2 mils) betragen.

In der Preßstufe wird das Polypropylen- oder Polyäthylenoder andres geeignetes Material in Form von Granulaten oder !Tabletten in einen Aufgabetrichter gefüllt und läuft von dort in den Kanal einer sich in einem Zylinder drehenden Schraube, durch die es weiterbewegt wird. Hierbei wird das Material erhitzt, geschmolzen und durch eine Reihe von

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verwickelten Strömungsgebilden, zusammengepresst. Die so gebildete Schmelze wird in eine Pressform zur Bildung eines freitragenden flachen Films geleitet, v/obei die Filmbahn kontinuierlich aus der Hündung der Form ausläuft. Dia Presstechnik zur Bildung der ersten Filmbahn ist völlig üblich und im einzelnen in "Petrothene Polyofins - a Processing Guide" (ihird Edition), 1965, USI Chemicals, beschrieben.

Oder die Filmbahn kann mit einer Vorblasfilmtechnik, wie in der gleichen literaturstelle beschrieben, hergestellt werden, wobei das Material in Form eines Hohres gepresst und zu einer Blase ausgedehnt wird, die sodann zur Bildung der Bahn geplättet wird.

Polyäthylen ist ein kristallines Harz und ergibt das zäheste Extrudat, wenn es schnell gekühlt wird. Ein schnelles Abschrecken verhindert die Bildung von grossen Kristallen, die sonst das Material spröde machen. Polypropylen wird auf die gleiche Weise wie Polyäthylen gekühlt und behandelt. Da Polypropylen noch kristalliner ist, ist eine sehr schnelle Abkühlung äusserst wichtig.

Die warme Bahn 11 von Preßstufe 1o kann in einer Kühlstufe 12 entweder durch Kühlwalzen oder im Luftstrom schnellgekühlt werden, oder sie kann in einem Wasserbad abgeschreckt

werden. Im letzteren Pail wird die Pressform so nahe wie j

möglich an die Wasseroberfläche des Bades gebracht. Nach Jj

dem Abkühlen der Bahn werden die Kanten beschnitten. Die :

gekühlte IPilmbahn 13 wird dann durch eine Orientierungsstufe »

14, die mit einer Heizzone und Einzug- und Auszugwalzen aus- _;

gebildet ist, geführt, in der der Film erhitzt und so weit *

gestreckt wird, dass eine molekulare moiioaxiale Orientierung I auftritt, 'die die Zugfestigkeit stark verbessert. Es ist

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bekannt, dass eine Kolekularorieiitierung verschiedenen organischen synthetischen Polymerisaten von hohem Molekulargewicht durch Streckung verliehen werden kann. Diese erfolgt am "besten unter Erhitzung des Materials auf eine Temperatur, die nahe an seinem Schmelzpunkt liegt. Es ist weiterhin bekannt, dass eine Orientierung die folgende Pibrillierung des Materials sehr erleichtert denn irgend ein scharfer Stoss auf die orientierte Struktur neigt dazu, es in Längsrichtung zu spalten.

Die Orientierung wird in Längsrichtung oder Maschinenrichtung im Bereich von 2 zu 1 bis 2o zu 1 durchgeführt, welches jeweilige Verhältnis optimale Resultate für das Behandlungsgut liefert* Für Polypropylen ist das Verhältnis 4 zu 1 bisio zu 1. Die so von der Orientierungsstufe 14 kommende orientierte Pilmbahn 15 ist als solche auch in Pig. 2 gezeigt.

Die orientierte Bahn 15 von Stufe 14 wird zu einer Pibrillierungsstufe 16 irgendeines bekannten Typs geleitet, wie rotierende Bürsten, mit Wägein oder Zähnen ausgebildete Walzen, Hochdruck-Luftstrahlen oder Schallwelleneinrichtungen, die einen Schock auf das hochorientierte Bahnmaterial ausüben und es zum Brechen in feine Pasern und Fibrillen und untereinander verbundene Plächen zwingen, wobei eine fibrilliei te. Bahn 17, wie sie in.Pig. 3 gezeigt ist, gewonnen wird. Verschiedene Pibrillierungsverfahren sind in den USA-Patentschriften 5 181 224, 2.98ο 982, 5 3o2 5o1 und 3 242 o35 beschrieben.

In der fibrillieren Balm 17 (Pig. 3) scheint eine Vielzahl von längsgerichteten Schlitzen 17 A in die Bahn eingeschnitten zu sein, wobei die Schlitze kreuzweise in der Bahn verteilt

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sind und willkürlich nach Länge· und Lage variieren. Die Abstände zwischen den Schlitzen stellen Verbindungsflächen dar.

Die orientierte und fibrillierte Bahn 17 wird zur Streckungsstufe 18 geleitet, in der sie einer querlaufenden Ausdehnung unterworfen wird, die die Breite der Bahn um das 1.25 bis 6-fache oder darüber ihres ursprünglichen Wertes vergrössert. Hierbei werden die untereinander verbundenen Flächen der Bahn gestreckt und die Schlitze 17 A zu 5- bis 1o-fach grösseren Öffnungen der ursprünglichen Weite umgewandelt. Diese Behandlungsstufe führt zu einem Netzwerk von Fasermaterial (Fig. 4).

Die Höhe der seitlichen Streckung der Bahn ist eine Funktion des Grades ICD (Maschinenrichtung) zu OD (Querrichtung) für die Zugfestigkeit, die im Endprodukt erforderlich ist. Zum Beispiel soll das erhaltene Netzwerk von Fasern' ein Minimum von 1o #, vorzugsweise 5o $, von untereinander verbundenen Fibrillen haben, die einen Schlitz- und Ausdehnungsbild aufrechterhalten.

Es ist wichtig, zu bemerken, dass die Bahn anfänglich optimal in Maschinenrichtung orientiert wird, wobei eine minimale Orientierung in der Querrichtung erfolgt. Jedoch sind nach der Fibrillierurig und Streckung viele der orientierten Fibrillen aus der Maschinenrichtung verschoben, wobei, der Verschiebungsgrad vom Verstreckungsgrad abhängt. Das resultierende Netzwerk von Fasern hat dann nicht nur in Maschinenrichtung orientierte Fibrillen, sondern auch willkürlich im Winkel dazu gelagerte Fibrillen, um ein stark gefestigtes Produkt zu erhalten.

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Das Faser-Ietzwerk 19 entspricht einer einfachen Schicht aus ungewebter Textilware. Es ist als solches für Textilwaren-Zwecke verwendbar und hierzu kann das Netzwerk getempert werden, um eine Erhärtung oder Stabilisierung zu bewirken. Weiterhin kann es einen Schutzüberzug erhalten. Eine Textilware dieser Art kann zur Verstärkung in umhüllten Stoffen und zu einer Reihe von Zier- und ungewebten Industriezwecken in Verbindung mit Papierflächen oder plastischen Filmen verwendet werden.

Zur Herstellung von ungewebten Teppichen, Schutzdecken, Zwischenschichten und anderen ungewebten Textilien mit einem gewünschten Gewicht und Dicke wird das laser-ITetzwerk 19 zu einer Vi el schicht struktur geformt (l?ig. 5)· Hierzu wird eine Heihe von um Zuführrollen 2o, 21, 22 usw. gewundenen Bahnen aus Fase-r-Netzwerk zu einer Verbundstufe 23 geleitet, in der sie mit Hilfe von Wärme und Druck beispielsweise vermittels erhitzter Kalenderwalzen vereinigt werden. Oder es erfolgt für diesen Zweck eine Zugabe oder ein Einschluss von in der Hitze schmelzbaren Fasern mit einer Schmelztemperatur, die unter der Schmelztemperatur der in der Bahn verwendeten Fibrillen liegt. Die Bahnschichten können auch mit Hilfe von chemischen Emulsionen verbunden werden oder durch Zugabe von festen Teilchen zum Material, die eine niedrigere Erweichungstemperatur haben als der Hauptkörper der Fibrillen.

Eine andere Methode zum Verbund der verschiedenen Schichten besteht in der Behandlung mit Dampf in einer geeigneten Kammer, wobei die Fibrillen in den verschiedenen Schichten an Ihren Kreuzungspunkten verbunden werden.

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Eine wirksame Methode zum Verbund der verschiedenen Schichten von Faser-Ietzwerk ist das Nadellochverfahren (fig. 6), bei dem die übereinandergelagerten Schichten zu einem Hadelwebstuhl 24 üblicher Bauart, der ein Nadelbrett 25 hat, geführt werden. Die einzelnen. Schichten werden über eine Fläche 26 geleitet. Der Nadelwebstuhl 24 drückt hin- und hergehend Mädeln in die Schichten des"Bahnmaterials hinein und heraus und reorientiert einige der Pasern jeder Bahn in Flächen, die normal zur planaren Oberfläche derselben sind, wobei die senkrecht gelagerten Fasern in die Fläche der anderen Bahnen ragen, um sich mit den Fasern derselben zu verzahnen und zu verknoten. Praktisch können die Schichten der Fasernetzwerkbahn zu einer Trägerschicht nadelgelocht werden, wie es bei der Herstellung von ungewebten Teppichen üblich ist.

Eine relativ schwere Einzelschicht aus Fasernetzwerkmaterial kann als Primärunterlage für einen eingenadelten Stoff diener und in eine Einnadelmaschine gegeben werden, deren ladein dazu dienen, einen Flor oder Oberflächengarn in die Unterlage zu knüpfen.

Zur Stabilisierung eines ungewebten Einzel- oder Mehrschichtstoffes der oben beschriebenen ixt wird der Stoff auf einem Spannrahmen festgemacht und dann in einer Heizzone auf eine Temperatur und so lange erwännt, bis eine i'emperung erreicht ist. Der Spannrahmen dient dazu, eine Schrumpfung im Zusammenhang mit den auf dem Gebiete von gewebten thermoplastischen Stoffen bekannten Vorgängen zu verhindern. Beim Fertigmachen des ungewebten Stoffes können Schmiermittel aufgebracht oder andere chemische Stoffe angewandt werden, um die folgende Bearbeitung zu erleichtern.

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Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit Bahnen "beschrieben, die durch Pressen eines Einzelschichtfilms geformt sind, jedoch ist sie selbstverständlich auch für mehrfach gefärbte Vielfachfilme anwendbar. In diesem Falle hat das ungewebte Produkt ein mehrfach gefärbtes und sehr dekoratives Aussehen.

Ansprüche;

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Ungewebte Stoffbahn, dadurch" gekennzeichnet, dass sie aus einer filmartigen Fläche von längs orientiertem thermoplastischem Hat er i al bestellt, aie eine 'Vielzahl von v.'illkürlich verteilten Schlitzen hat, wobei die Bahnfläche unter Bildung eines .Netzwerkes von untereinander verbundenen Fibrillen quer gestreckt ist.

2. üngewebte Stoffbahn nach-Anspruch. 1, dadurch geJiemi-' zeichnet, dass die Fibrillen längs orientiert und willkürlich gelagert sind, um ein keterial zu bilden, aas sowohl in Längs - als auch in Querrichtung fest ist.

3. Üngewebte Stoffbahn nach Ansprach 1 und. 2,. dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flächen übereinander gelagert sind, wobei die Flächen an den Kontaktstellen der Fibrillen Eii χ einander verbunden sind.

4. Üngewebte Stoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Haterial aus einem Polyalefin beotelrc.

3. Ungewebte Stoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das.i-j.aterial a.us einem Polyamid", Polyester, Acrylat, Polystyrol oder Polyvinyl besteht.

6. Ungewebte Stoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das katerial aus Polypropylen besteht und eine Dicke von o,b3 - 5o,8 mm, vorzugsweise 1,26 - 3,o<3 mm, hat.

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7. Verfahren zur Herstellung einer ungewebten Stoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastisches orientierbares Material unter Bildung einer kontinuierlichen filmartigeii Bahn ausgepresst "wird, dass aio Bahn in läiigsrichtung orientiert wird, um die- Zugfestigkeit zu erhöhen und die folgende !»'ibrillieruzig zu erleichtern, dass die orientierte'-Bahn unter Bildung von willkürlich dispergierten längsgerichteteii,Schlitzen, f!brilliert wird, und dass die !'!"brillierte Bahn unter Bildung eines Hetswerlcs von untereinander verbundenen und willkürlich gelagerten iPibrillen quer gestreckt -wird.

8. Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, aass die Stoffbahn sur Sta.bilisieruiig getempert v/ird,

• 9. Yerfahreii nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ciaaurch gele eimz ei ohne t, dass eine i-iehrzc.nl von Gchichten .Lib er einander gelagert und zur Bildung eines ungewebten Procluktos vo:a g-avüiicchter Dicke und G-ev/icht verbunden wird.

To, Yerfahreii nach Anspruch 9,. dadurch gekennzeichnet, dass-dio "chi:mien- unter Anwendung von 'wärme verbunden werden, van. die l'ibrillen der Schichten zu swingen, sich o,ii ihren Lreuzuiigspunkten au verbinden.

11. 7o:;:'i'i.iiron nach Anspruch 9? dadurch gekannzeichnet, ^r:r.:::: nio nciiiohuon in einem xiadellochwebstuhl verbunden

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12. Verfahren iiaoli imcprudi J, dac.uroli gelj dass die Pasern in den C chi eilten mit einsmsclim Stoff, desaen Sciimelstenrperatur hinter dor der !''asern liogt, verbunden werden.

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