DE2166320C3

DE2166320C3 - Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, nicht gewebten Verbundstoffen

Info

Publication number: DE2166320C3
Application number: DE19712166320
Authority: DE
Inventors: Akira; Okamura Isao; Imoto Tadasi; Sagamihara; Katoh Tadayuki Tokio; Omori (Japan)
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1976-11-18

Description

a) das geschmolzene, thermoplastische Polymer mit einem Verschäumungsmittel durch eine Düst mit einer Spaltbreite von 0,2 bis 1,0 mm extrudiert wird,

b) das Extrudat in einer Entfernung von weniger als 5 mm von der Düsenöffnung auf eine Temperatur abgeschreckt wird, die unterhalb der Temperatur des Glasübergangspunktes des Polymeren liegt,

c) das Exlrudat gleichzeitig mit einem Streckverhältnis gestreckt wird, das zwischen dem maximal möglichen Streckverhältnis und einem Drittel des maximal möglichen Streck-Verhältnisses liegt, wobei das Extrudat unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse in ein Netzwerk fibrilliert wird,

d) ein Laminat aus mindestens 50, vorzugsweise etwa 250 fibrillierten, nicht gespreizten, folienförmigen Netzwerken so gebildet wird, daß die Fasern der Netzwerke in der gleichen Richtung verlaufen,

e) das Laminat quer zur Richtung der Fasern gezogen wird, um das Lanvnat zu spreizen, und

f) das gepreizte, folienförmige Laminat gegebenenfalls zusammen mit weiteren Schichten bei einer Temperatur verpreßt wird, die unterhalb des untersten Erweichungspunktes eines der Schicht-Bestandteile liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudat auf eine Temperatur abgeschreckt wird, die mindestens 5° C unter der Temperatur des Glasübergangspunktes des Harzes liegt, indem kalte Luft gegen das unmittelbar aus der Düse austretende Extrudat geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verp-essen durch einen Prägevorgang erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gespreizten, folienförmigen Netzwerke eine andere Farbe aufweisen, als eine weitere bahnförmige Schicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das laminierte, folienförmige Gebilde vor dem Verpressen mit einem Bindemittel imprägniert wird.

>ic Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- > eines mehrschichtigen, nichtgewebten Verbund-Fes, bei dem extrudierte Polymerfolien zunächst

65 gereckt und in Fasernetzwerke aufgespalten werden, anschließend mehrere dieser Spaltfaserfolien in Orientierungsrichtung aufeinandergelegt und gegebenenfalls zusammen mit weiteren Schichten verpreßt werden.

Mehrschichtige, nichtgewebte Verbundstoffe finden unter anderem als Filtermaterialien oder Isoliermaterialien für elektrotechnische und warmetecnniscne Zwecke Verwendung. Die Wirksamkeit und Eignung der Verbundstoffe für die einzelnen, vorstehend skizzierten Aufgabengebiete hängen von der Gleichförmigkeit, der Dichte und dem urad der Mikroporosität der Verbundstoffe ab. Je größer die Gleichförmigkeit, Dichte und der Grad der Mikroporosität des Verbundstoffes ist, desto höheren Anforderungen wird der Verbundsto5 gerecht. Darüber hinaus ist in vielen Fällen auch noch eine hohe Reißfestigkeit und große Geschmeidigkeit und Biegsamkeit des Verbundstoffes erforderlich, insbesondere, wenn der Verbundstoff als elektrisches Isolierpapier oder für Hochleistungsfilter verwendet werden soll.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, nichtgewebten Verbundstoffen werden nicht näher bezeichnete, vorgefertigte orientierte Kunststoffolien· verwendet, die zunächst durch Reib- und Schlagwerkzeuge, Schallwellen oder elektrostatische Aufladung zu einem Netzwerk zerfasert werden, das anschließend gespreizt wird. Mehrere dieser gespreizten Netzwerke werden in Orientierungsrichtung aufeinander gelegt und zu einem Laminat geschichtet. Die Laminierung der gespreizten Netzwerke kann mit Hilfe von an sich bekannten Mitteln vorgenommen werden, wie z. B. mit Bindemitteln, durch Warmverschweißen oder mit Quellmitteln.

Bei einem anderen bekannten, ähnlichen Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, nichtgewebten Verbundstoffen werden ebenfalls nicht näher bezeichnete, orientierte Kunststoffolien verwendet, von denen mehrere zu einem Laminat geschichtet werden. Dieses Laminat wird sodann in seiner Gesamtheit mit Hilfe von mechanischen Einrichtungen, Schallwellen oder elektrostatischer Aufladung zerfasert und anschließend gespreizt. Die Laminierung der orientierten Kunststoffolien kann wie beim vorstehend skizzierten Verfahren mit Bindemitteln, durch Warmverschweißen oder mit Quellmitteln vorgenommen werden.

Die mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzielbaren Verbundstoffe sind nicht in der Lage, die hohen Anforderungen zu erfüllen, die nach dem neueren Entwicklungsstand der Technik auf dem Gebiet der Elektrotechnik und Filtertechnik, insbesondere an elektrische Isolierpapiere, Trennschichten in Blei-Säure-Batterien und an Hochleistungsfilter gestellt werden. Verbundstoffe, die den vorstehend skizzierten Aufgaben gerecht werden sollen, müssen ein dichtes Netzwerk aus Fasern aufweisen, die außerordentlich fein, gleichförmig und geschmeidig sind. Das Netzwerk muß dabei frei von Knoten sein, welche die Geschmeidigkeit des Verbundstoffes erheblich beeinträchtigen.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, nichtgewebten Verbundstoffen aus einem thermoplastischen Polymeren zu schaffen, die ein gleichmäßig vernetztes, dichtes und eine hohe Mikroporosität aufweisendes Gebilde aus Fasern besitzen, die außerordentlich fein, gleichförmig und geschmeidig sind.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß

a) das geschmolzene, thermopl astische Polymer mit einem Verschäumungsmittel durch eine Düse mit einer Spaltbreite von 0,2 bis 1,0 mm extrudiert wird,

c) das Extrudat gleichzeitig mit einem Streckverhältnis gestreckt wird, das zwischen dem maximal möglichen Streckverhältnis und einem Drittel des maximal möglichen Streckverhältnisses liegt, wobei das Extrudat unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse in ein Netzwerk fibrilliert wird,

d) ein Laminat aus mindestens 50, vorzugsweise etwa 250 fibrillierten nichtgespreizten, folienförmigen Netzwerken so gebildet wird, daß die Fasern der Netzwerke in der gleichen Richtung verlaufen,

e) das Laminat quer zur Richtung der Fasern gezogen wird, um das Laminat zu spreizen, und

f) das gespreizte, folienförmige Laminat gegebenenfalls zusammen mit weiteren Schichten bei einer Temperatur verpreßt wird, die unterhalb des untersten Erweichungspunktes eines der Schichtbestandteile liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert mehrschichte, nichtgewebte Verbundstoffe, die einen sehr gleichförmigen netzartigen Aufbau besitzen, der sehr dicht ^;<;t und eine hohe Mikroporosität aufweist und äußerst geschmeidig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet darüber hinaus eine äußerst einfache, wirtschafltiche und rasche Herstellung des Verbundstoffes. Es sind nur sehr wenige, leicht beherrschbare Verfahrensschritte erforderlich.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Verbundstoff und ein bekannter, nichtgewebter Verbundstoff, der in Fachkreisen als der gegenwärtig zweckmäßigste Verbundstoff für die eingangs genannten Aufgabengebiete angesehen wird, wurden einander gegenübergestellt und Vergleichsversuchen unterworfen. Ein oberflächlicher Vergleich der beiden Verbundstoffe durch bloße Augenscheineinnahme zeigte schon ganz deutlich, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundstoff wesentlich gleichförmiger und dichter als der bekannte Verbundstoff ist. Die beiden Verbundstoffe wurden in Vergleichsvcrsuchen hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Trennschicht für eine Batterie untersucht. Die Untersuchungsergebnisse zeigten, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundstoff dem bekannten Verbundstoff in der Gleichförmigkeit der Dicke, in der Menge der aufgenommenen Elektrolytlösung, in der Geschwindigkeit der Absorption von Elektrolytlösungen, im Widerstand gegen Alkali, in der Festigkeit und in der Porosität weit überlegen ist.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren, hervorragenden Ergebnisse sind auf die Kornbination der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte zurückzuführen. Es ist dabei wesentlich, daß die zu einem Laminat geschichteten Netzwerke auf die in den vorstehenden Punkten a) bis c) beschriebene Weise hergestellt werden. Wenn fibrillierte Netzwerke verwendet werden, die nach anderen als den unter a) bis c) genannten Verfahrensschritten hergestellt wurden, lassen sich die hervorragenden Eigenschaften der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundstoffe nicht mehr erzielen. Ein weiteres, wesentliches Merkmal zur Erzielung der hervorragenden Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundstoffes liegt darin, daß die fibrillierten Netzwerke erst nach dem Schichten zu einem Laminat quer zur Richtung der Fasern gezogen und gespreizt werden. Hierdurch entsteht eine enge Verbindung und Verknüpfung der zu den verschiedenen Netzwerken gehörenden Fasern, die nach einem Verpressen bei einer Temperatur unterhalb des untersten Erweichungspunktes eines der Schichtbestandteile zu dem überaus dichtem Aufbau mit einer hohen Mikroporosität führt.

Das in dem Zusammenhang mit der Ausbildung des fibrillierten Netzwerkes vorstehend erwähnte Streckverhältnis ist definiert durch das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit der Abzugswalze zur Extrusionsgeschwindigkeit der polymeren Schmelze am Düsenausgang. Die Umfangsgeschwindigkeit der Abzugswalze läßt sich in üblicher Weise messen, während die Extrusionsgeschwindigkeit der polymeren Schmelze am Düsenausgang mit Hilfe des meßbaren Durchsatzes in Gewicht pro Zeiteinheit des spezifischen Gewichtes des Polymeren und mit Hilfe der Querschnittsfläche der Extrusionsdüse berechnet wird, indem der meßbare Durchsatz in Gewicht pro Zeiteinheit durch das spezifische Gewicht des Polymeren und die Querschnittsfläche der Extrusionsdüse dividiert wird.

Es sind zwar Verfahren zur Ausbildung von fibrillierten Netzwerken bekannt, bei welchen ein thermoplastisches Polymere durch eine Düse mit einer Schlitzbreite von 0,5 mm extrudiert und das Extrudat mit Hilfe eines Luftstromes ader eines Kühlbades gekühlt und anschließend durch Strecken orientiert und fibrilliert wird. Wenn das Extrudat mit Hilfe des Lufistrahles abgekühlt wird, wird es auf eine Temperatur über dem Glasübergangspunkt gekühlt, während das Extrudat bei einer Kühlung durch das Kühlbad auf eine Temperatur unter den Glasübergangspunkt gekühlt wird. Diese bekannten Verfahren führen jedoch nicht zu fibrillierten Netzwerken, mit deren Hilfe im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Verbundstoffe mit den oben aufgezeigten hervorragenden Eigenschaften erzielt werden könnten. Darüber hinaus war nicht vorauszusehen, daß durch eine Abwandlung dieser bekannten Verfahren hinsichtlich des Streckverhältnisses fibrillierte Netzwerke entstehen, durch deren erfindungsgemäße Weiterverarbeitung Verbundstoffe mit den gewünschten Eigenschaften entstehen.

Pesonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Extrudat auf eine Temperatur abgeschreckt wird, die mindestens 5° C unter der Temperatur des Glasübergangspunktes des Harzes liegt, indem kalte Luft gegen das unmittelbar aus der Düse austretende Extrudat geblasen wird.

Wenn das Verpressen des Laminats durch einen Prägevorgang erfolgt, besteht gleichzeitig die Möglichkeit, den Verbundstoff mit einem Prägemuster zu versehen.

Wenn die gespreizten, folienförmigen Netzwerke eine andere Farbe aufweisen als eine weitere bahnförmige Schicht, lassen sich unterscheidungskräftige Verbundstoffe herstellen, durch deren unterschiedliches Aussehen sofort der vorgesehene Verwendungszweck des Verbundstoffes erkannt werden kann.

Eine besondere Festigkeit des Verbundstoffes läßt sich dadurch erzielen, daß das laminierte, folienförmige Gebilde vor dem Verpressen mit einem Bindemittel imprägniert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, nichtgewebten Verbundstoffen besteht im wesentlichen aus zwei Verfahrensabschnitten, von denen sich der erste Verfahrensabschnitt auf die Ausbildung der übereinanderzuschichtendcn Netzwerke bezieht und der zweite Verfahrensabschnitt auf die Weiterverarbeitung der fibrillierten Netzwerke zu einem Verbundstoff gerichtet ist.

Im Rahmen des ersten Verfahrensabschnittes wird das geschmolzene, thermoplastische Polymer mit einem Verschäumungsmittel aus einer Düse mit einer Spaltbreite von 0,2 bis 1,0 mm zu einem Film extrudiert. Das Extrudat wird in unmittelbarer Nähe der Extrusionsdiise, d. h. in einer Entfernung von weniger als 5 mm von der Düsenöffnung, auf eine Temperatur abgeschreckt, die unterhalb der Temperatur des Glasübergangspunktes des Polymeren liegt. Das Extrudat bzw. der extrudierte Film wird während des Abschreckungsvorganges beim Austritt aus der Düse gleichzeitig mit einem Streckverhältnis gestreckt, das zwischen dem maximal möglichen Streckverhältnis und einem Drittel des maximal möglichen Streckverhältnisses liegt. Die im ersten Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten fibrillierten Netzwerke weisen sehr enge Maschen und kleine Knoten auf, so daß sehr weiche und biegsame, fibrillierte Netzwerke entstehen, die zu einem Verbundstoff mit hervorragenden Eigenschaften führen.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten fibrillierten, nichtgespreizten Netzwerke weisen zahlreiche diskontinuierliche Risse oder Aufspaltungen längs der Streckrichtung auf, wobei extrem feine und zahlreiche parallel verlaufende Fasern entstehen, die einen sehr kleinen Abstand voneinander haben und eine vernetzte Struktur bilden, d. h., die Strukturen sind nicht zu Fasern geöffnet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger fasriger Verbundstrukturen werden mindestens 50, vorzugsweise 250 der vorstehend beschriebenen, nichtgespreizten, folienförmigen Netzwerke zu einem Laminat übereinandergelegt, wobei die Richtungen der Risse in den Faserstrukturen übereinstimmen. Dann wird das Laminat quer zur Richtung der Risse gezogen und gedehnt Auf diese Weise werden die zu einem Laminat übereinandergelegten Netzwerke geöffnet und gespreizt und in physikalisch gleichmäßige, vernetzte Strukturen überführt, wodurch die Kontaktfläche und die Verflechtung zwischen den folienförmigen Netzwerken merklich erhöht wird. Das geöffnete bzw. gespreizte Laminat wird zusammengepreßt, um die Verflechtung zwischen den Folien zu fixieren und nichtgewebte Stoffe mit einer hohen Festigkeit herzustellen, die nicht nur in Richtung der Risse, sondern auch quer zu den Rissen vorhanden ist Die zu einem Laminat übereinandergelegten folienförmigen Netzwerke können mittels Apparaturen göffnet werden, die üblicherweise für die Dehnung oder Streckung von synthetischen Harzfilmen verwendet werden, beispielsweise mittels einer Stiftoder Schellenspannrahmenvorrichtung. Das Öffnungsbzw. Spreizverhältnis variiert je nach dem für das Produkt vorgesehenen Verwendungszweck, normalerweise wird es jedoch so gewählt, daß es das 3-bis 1 Sfache beträgt.

Das geöffnete Laminat muß bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des für die folienförmigen Faserstrukturen verwendeten Materials zusammengedrückt werden. Wenn der Druck bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes ausgeübt wird, wird der Faseranteil merklich abgeflacht. In extremen Fällen kann das Produkt in einen Film umgewandelt werden, so daß keine günstigen folienförmigen Strukturen entstehen. Das Laminat kann auf übliche Art und Weise, beispielsweise durch Kalanderwalzen, Preßplatten usw., zusammengedrückt werden. Es ist auch möglich, eine Prägewalze oder eine Prägeplatte zu verwenden, um die Produkte mit einem Prägemuster zu versehen. Der beim Zusammendrücken ausgeübte Druck ist variabel und hängt von verschiedenen Faktoren, wie z. B. der Dichte der folienförmigen Strukturen, der Anzahl der übereinanderliegenden, geöffneten Faserstrukturen und dem öffnungsverhältni > usw., ab. Der optimale Druck kann leicht empirsch bestimmt werden, er liegt normalerweise zwischen 40 und 60 kp/cm².

Das aus den geöffneten, folienförmigen, vernetzten Faserstrukturen bestehende Laminat kann vor dem Verpressen auf eine, zwei oder mehrere andere folienförmige Strukturen aufgebracht werden, die beispielsweise geöffnete oder nichtgeöffnete, folienförmige und vernetzte Fasermaterialien mit zahlreichen diskontinuierlichen nach einer Richtung verlaufende Risse sein können. Die anderen folienförmigen Strukturen können aus dem gleichen oder einem anderen Polymerisat wie die geöffneten Strukturen des Laminates bestehen. Der aus dem geöffneten Laminat und den anderen folienförmigen Strukturen bestehende

Schichtkörper wird dann bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Polymerisates mit dem niedrigsten Erweichungspunkt unter Druck gesetzt. Auf diese Weise können Verbundstrukturen mit noch höherer Festigkeit sowohl in Längs- als

auch in Querrichtung erhalten werden. Insbesondere der Schichtkörper, der durch das Übereinanderlegen des geöffneten Laminates und einer ungeöffneten, folienartigen und vernetzten Faserstruktur g< wonnen wird, hat das gestreifte Oberflächenmuster, das durch

Fasern gebildet \eird, die wie Holzfasern in einer Richtung verlaufen. Auf diese Weise kann durch Prägebearbeitung eines solchen Schichtkörpers eine Verbundstruktur mit dem Aussehen und dem Anfühlen erhalten werden, das demjenigen von Holz

ähnelt ohne daß ein Bedrucken erforderlich ist

Die Art der michtgeöffneten, folienförmigen und vernetzten Faserstrukturen, die Anzahl der zu laminierenden Folien, das Öffnungsverhältnis, die Hohe des Druckes usw., können entsprechend dem vorge-

sehenen Verwendimgszweck des Produktes in geeigneter Weise gewählt werden.

Die nichtgeöffneten, folienförmigen und vernetzten Faserstrukturen, die zur Bildung des Laminates Sbereinandergelegt weiden, können mit einem Pignent

oder Farbstoff gefürbt sein. Wenn die Folienmateria-Hen nrit mindestens jeweils zwei verschiedenen Farben gefärbt sind, wird dem entstehenden Laminat ein Muster mit komplex vermischten Farben erteilt In

gleicher Weise können die das Laminat bildenden geöffneten Folieninalerialien und die anderen angelegten Folicnmaterialien verschiedene Farben aufweisen. Wenn der so gebildete Schichtkörper aus dem geöffneten Laminat und den anderen Folienmaterialien weiter einer Prägcbehandlung unterworfen wird, können bei der Prägung die eingedrückten Teile auf FiImstäike zusammengepreßt werden, so daß die Farbe der darunterliegenden Schicht durchscheint. So kann dem Produkt ein Mehrfarbenmuster erteilt werden, ohne daß ein Bedrucken erforderlich ist.

Es ist auch möglich, mindestens zwei nichtgeöffnete, folienförmige und vernetzte Faserstrukturen in Richtung ihrer Risse zu einem Laminat übereinander zu legen, das Laminat senkrecht zur Richtung der Risse zu ziehen, um seine Öffnung zu bewirken, auf das geöffnete Laminat ein anderes nichtgeöffnetes oder geöffnetes Folienmaierial mit einer Verstärkungsschicht oder Verstärkungsschichten zu legen und den so entstehenden Schichtkörper zusammenzupressen, so daß eine einheitliche und verstärkte ornamentale Verbundstruktur mit verbesserten physikalischen Eigenschaften entsteht. Das Verstärkungsmaterial kann auf eine Seite des Schichtkörpers oder zwischen die den Schichtkörper bildende Schichten gelegt werden.

Als Verstärkungsschicht können beispielsweise Papiere, wie z. B. Büttenpapier, Asbestpapier und synthetisches Papier, gewebte oder gewirkte Waren, nichtgewcbte Gewebe, Vliese, wie z. B. Glasmatten, und nichtgewebte Gewebe aus natürlichen, halbsynthetischen und synthetischen Fasern, Filme, wie z. B. synthetische Kuristharzfilme, Metallfolien und Filme aus Regenerated Mose, verschäumte Folien, plattenförmige Materialien, wie z. B. Wellpappe, Holz, Sperrholz, Harzf.aserplatten. Asbestplatten und Metallplattcn u dgl., verwendet werden. Durch geeignete Auswahl der jeweiligen Verstärkungsschicht können den Vcrburdstriikturen günstige physikalische Eiuenschaften. wie z. B. eine gute Festigkeit, Flammenbeständigkeil, Wärmeisolierung, Schallabsorpt'on, Wasserdichtheit usw., erteilt werden. Die so erhaltenen Verbundstrukturen können gewünschtenfalls mit transparenten Oberflächenschutzschichten, wie z. B. aus Cellophan, synthetischen Harzfilmen und harzartigen Beschichtungsmaterialien. überzogen werden. So kann den Verbundstrukturen eine Oberflächenfestigkeit, eine Waschbeständigkeit und die Eigenschaft zur Verhinderung der Taubildung usw. verliehen werden.

Im nachstehenden werden die hauptsächlichsten Schichtkombinationen des Schichtkörpers dargestellt. Zu diesem Zweck wird das aus den übereinanderliegenden, geöffneten, folienförmigen Faserstrukturen bestehende Laminat mit (A) bezeichnet, während die anderen folienförmigen, vernetzten Faserstrukturen, die geöffnet oder nichtgeöffnet sein können, mit (B) und die Verstärkungsschicht mit (C) bezeichnet werden:

1. (A) allein;

Die aus den einzelnen Schichten bestehenden Schichtkörper können gewünschtenfalls vor dem Verpressen mit einem Bindemittel imprägniert werden, um die Festigkeit und Adhäsion und den Zusammenhalt der Endprodukte zu verbessern. Als Bindemittel kann irgendeines der üblicherweise verwendeten Mittel verwendet werden, wie z. B. eineVinylacetatemulsion, eine Vinylchloridemulsion, eine Acrylemulsion, ein NBR-Latex und SBR-Latex usw.

ίο Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Verbundstrukturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zum öffnen des nichtgeöffneten, aus folienförmigen und vernetzten Faserstrukturen bestehenden Laminates,

F i g. 3 eine vergrößerte Photographie einer nach herkömmlichen Verfahren hergestellten nichtgeöffneten, folienförmigen und vernetzten Faserstruktur,

F i g. 4 eine vergrößerte Photographie einer nichtgeöffneten, folienförmigen vernetzten Faserstruktur, die nach einem Verfahren der Anmelderin hergestellt wurde,

F i g. 5 eine vergrößerte Photographie eines geöffneten, aus folienförmigen und vernetzten Faserstrukturen bestehenden Laminates.

In den F i g. 1 und 2 ist die Herstellung einer Verbundstruktur gemäß der Erfindung erläutert. Zwei Bahnen 11 und 11' aus nichtgeöffneten, folienförmigen und vernetzten Faserstrukturen werden von Vorratsrollen abgezogen und einem ersten Walzenpaar 12 und einem zweiten Walzenpaar 13 zugeführt. Obgleich nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur zwei Bahnen 11 und 11' voigesenen sina, weiten je nach Wunsch 50 bis 250 Bahnen verwendet. Es braucht hierzu nur die entsprechende Anzahl von Vorratsrollen vorgesehen zu werden. Die Bahnen 11 und 11' können bei der Zufuhr zu den Walzenpaaren 12 und 13 gleich oder verschieden gefärbt werden. Die durch die Walzenpaare 12 und 13 übereinander-

• gelegten, nichtgeöffneten Folien werden zwischen dem zweiten Walzenpaar 13 und den Druckwalzen 15 quer zur Förderrichtung auseinandergezogen und geöffnet. Die Öffnung der übereinanderliegenden Faserstrukturen kann durch eine Bahnhalterung21 erzielt werden, die zwischen dem zweiten Walzenpaar 13 und den Druckwalzen 15 angebracht ist und die sich vom zweiten Walzenpaar zu den Druckwalzen Fächerförmig öffnet. In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht das Verhältnis L₀ZL₁ dem Öffnungsverhältnis, das erfindungsgemäß vorzugs weise zwischen 3 und 15 liegt. Eine vergrößerte Pho tographie des geöffneten, folienförmigen und vernetzten Laminates ist in F i g. 5 dargestellt.

Die aus übereinanderliegenden, geöffneten Faserstrukturen bestehende Bahn 14 wird gegebenenfalls mit anderen Faserstrukturen und/oder einer Verstärkungsschicht 20, beispielsweise einem Film oder verschäumten Folien, bedeckt bevor sie dem Bindedruck unterworfen wird. Dann wird der Schichtkörper aus Laminat und anderer Faserstruktur durch die Druck-

^e5 walzen 15 geführt. Der auf diese Weise laminierte, einheitliche folienförnüge Schichtkörper wird gegebenenfalls in einen Imprägnierbehälter 16 mit einem Bindemittel eingeführt, in einer Trockeneinrichtung 17

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ίο

getrocknet und dann durch die Druckwalzen 18 zusammengepreßt und verbunden, so daß eine: Vcrbundstruktur 19 entsteht. Bei den Druckwalzen 18 kann es sich um eine übliche Kalanderwalze handeln, die Produkte mit einer glatten Oberfläche liefert. Wenn als Druckwalzen 18 Prägewalzen mit verschiedenen Mustern verwendet werden, können ornamentale Verbundstrukturen mit einem rcliefartigcn Muster erhalten werden. Die so erhaltenen, erfindungsgemäßen Verbundstrukturen besitzen ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, beispielsweise eine ausgezeichnete mechanische. Festigkeil: und Biegsamkeit. Die erfindungsgemäß hergestellten Verbundstrukturen eignen sich für die verschiedensten Verwendungszwecke, beispielsweise für synthetisches Papier, für Tapeten, für Dekorationspapier, Inncndekorationsmaterialien, wie z. B. Deckenplatten und ornamentale Furnierplatten, verschiedene Baumaterialien, Filter, nichtgewebte Gewebe, elektrische Isolatoren, Verpackungsmaterialien u. dgl.

Fig. 3 zeigt eine nach herkömmlichen Verfahren hereestellte ungeöffnete Folie.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundstrukturen haben eine große Weichheit und Biegsamkeit und damit einen großen AnwciKiungsDercich, wenn für die Herstellung des Laminates ungeöffnete Folien der in F i g. 4 gezeigten Art verwendet werden, die nach einem in der OT-OS 21 22 635 beschriebenen Verfahren der Anmelderin hergestellt werden. Bei den in F i g. 4 gezeigten ungeöffneten, vernetzten Folien liegen die durch die Risse entstandenen Fasern und Fäden eng nebeneinander, wodurch die Maschen und Knoten klein und die Weichheit und Biegsamkeit groß werden. Es versteht sich, daß die Photographien der einander gegenübergestellten Folien der F i g. 3 und 4 die gleiche Vergrößerung darstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Durchführungsbcispielen näher erläutert.
Io

Beispiel 1

Es wurde eine Probe A und eine Probe B eines Laminates hergestellt, wobei von nichtgeöffneten,

folienförmigen Faserstrukturen der in Fig. 4 gezeigten Art ausgegangen wurde. Die für die Probe A verwendeten ungeöffneten, folienförmigen Faserstrukturen hatten jedoch andere physikalische Daten als die Faserstrukturen der Probe B, wie aus der nach-

folgenden Tabelle 1 hervorgeht. In beiden Fällen wurden mehrere nichtgeöffnete, folienförmige Faserstrukturen der gleichen Art unter den in Tabelle I angegbenen Bedingungen übereinandergelegt, geöffnet, in eine Vinylacetatemulsion (Aufnahme 3O°/o)

eingetaucht und zusammengepreßt, wobei die in der Tabelle I angegebenen Ergebnisse erzielt wurden. In dieser Tabelle bedeutet »Zugfestigkeit (parallel) und (im rechten Winkel)« die jeweilige Zugfestigkeit, die durch Ziehen des Produktes in Richtung der Risse

und quer zu den Rissen bestimmt wurde.

Tabelle I

	Eigenschaften der folienförmigen und vernetzten	Zugfestigkeit *) kg/cm²	Anzahl der laminierten	Art der Laminierung	Dehnungsrichtung	(Fortsetzung)	Zusamrr.enpreß- bedingungen	Eigenschaften des erhaltenen Laminats	Gewicht	parallel im rechten Winkel
	Faserstrukturen vor dem Laminieren	Gewicht parallel im rechten	Folien					Zugfestigkeit (kg/cm»)	g/m*
		g/m« Winkel					50kg/am²,70°C,lMin.	Dicke	110	100 75
	Dicke	3,5 0,56 fast Null	240	in Richtung	senkrecht zur Richtung	Öffnungs verhältnis	50 kg/cm²,80°C,l Min.	μ	100	95 70
	μ			der Risse	der Risse	(x-fach)		250
Probe A	25	6,8 0,30 fast Null	50	in Richtung	senkrecht zur Richtung	10		240
				der Risse	der Risse	3,5
Probe B	50				·) Die Zugfestigkeit wurde gemäß JISP-8113 gemessen (Zipper-Intervall 20 mm, Zuggeschwindigkeit 20 mm/Minute).
				Tabelle I




Probe A
Probe B

Wie aus der vorstehenden Tabelle I hervorgeht, können Laminate mit ausgezeichneten Zugfestigkeiten sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung erzielt werden, wenn die folienförmigen Strukturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren laminiert, geöffnet und zusammengepreßt werden. Die sich ergebenden Laminate stellen einen sehr wertvollen Papierersatz dar.

Beispiel 2

Ein geschmolzenes Polymerisat aus Polystyrol, das eine Verschäumungssubstanz enthielt, wurde aus einer Düse mit einem Schlitz einer Größe von 0,35 · 150 mm extrudiert. Am Düsenausgang wurde Luft einer Temperatur von nicht mehr als 20° C gegen das extudierte, geschmolzene Polymerisat über dessen gesamte Breite geblasen, um das Extrudat zu

<f

kühlen. Auf diese Weise wurde das Extrudat von 260 auf 60° C abgeschreckt. Anschließend wurde das Extrudat mit einem Verstreckungsverhältnis von 120 verstreckt.

Die dabei erhaltene Struktur wies zahlreiche

Tabelle II

diskontinuierliche Risse auf, die in einer Richtung (entsprechend der Verstreckungsrichtung) verliefen, wobei die Zwischenräume zwischen den Rissen faserig wurden. Das Produkt hatte die in der folgenden Tabelle II angegebenen Eigenschaften.

Eigenschaften der folienförmigcn vernetzten Struktur

Zusammensetzung des
Polymerisats

Verschäumungssubstanz Verstreckungs- Dicke verhältnis μ

	Zugfestigkeit	im rechten
	(g/d)	Winkel
Gewicht	parallel
g/m²

Polystyrol, 99%
Talk, 1 %

SticksioSgas

120

3,5

0,50

fast Null

Die auf diese Weise erhaltenen folienförmigen Strukturen wurden unter den in der Tabelle III angegebenen Bedingungen laminiert, gestreckt und geöffnet. Das geöffnete Laminat wurde ferner in Richtung der Risse auf die oben erhaltenen, nichtgeöffneten folienförmigen Strukturen gelegt. Der Schichtkörper aus geöffnetem Laminat und übereinandergelegten, nichtgeöffneten folienförmigen Strukturen wurde mit einem Bindemittel (Vinylacetatemulsion, Aufnahme 25%) imprägniert, getrocknet und zusammengepreßt.

Auf diese Weise wurde eine papierähnliche Verbundstruktur mit einem Oberflächenmuster mit feinen in Längsrichtung verlaufenden Streifen wie HoIzfasern erhalten. Wenn die Verbundstruktur so geprägt wurde, daß die Richtung der Oberflächenrisse mit der Richtung der Faserachse der Maserung zusammenfiel, wurde eine papierähnliche Verbundstruktur erhalten, die Holz ähnelte. Die physikalischen Eigenschaften dieser Struktur sind ebenfalls in der folgenden Tabelle IH angegeben.

Tabelle	III	Be	Auf das geöffnete Laminat auflaminierte Eigenschaften des Endproduktes nichtgeöffnete folienförmige Strukturen , . , . Zuefestiekeit	öffnungs- Zusammenpreß- (kg/cm) verhältnis bedingungen parallel im rechten Dicke (x-fach) Winkel _μ	Gewicht g/m*
Geöffnet	es Laminat		Anzahl der Folien	0 50 kg/cm²,80° C, 150 70 200 5 Minuten	110
Anzahl der Folien	Öffnungs verhältnis (x-fach)		4	40 Prägewalzen unter den in der folgenden angegebenen Bedingungen gepreßt. 5 Die dabei erhaltene Verbundstruktur	Tabelle IV wies ein
250	10	ispiel '

Die gefärbten, nichtgeöffneten, folienartigen und vernetzten Faserstrukturen mit den in der Tabellen angegebenen Eigenschaften wurden laminiert, geöffnet, in ein flüssiges Bindemittel (Vinylacetatemulsion, Aufnahme 25%) eingetaucht, getrocknet und mit

Tabelle IV

Oberflächenmuster auf, bei dem die erhabenen Teile braun waren und die tiefliegenden Teile so dünn wie ein Film waren, so daß die darunterliegende schwarze Farbe durchschien. Die Eigenschaften des erhaltenen Endproduktes sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.

Geöffnetes Laminat	öffnungs-	Preßbedingungen	Zeit	Eigenschaften des Endproduktes	Gewicht
Anzahl der Folien	verhältuis	Druck Temperatur	Min.	Zugfestigkeit (kg/cm¹)	g/m«
Oberschicht Rückschicht	(jc-fach)	*kg/cm ° C**	parallel im rechten Dicke
braun schwarz			Winkel _μ

150 50 10 75 90

Beispiel 4

240 Folien aus nichtgeöffneten, vernetzten Faserstrukturen mit den in der Tabelle Π angegebenen Eigenschaften wurden laminiert und mit einem Öffnungsverhältnis von 10 geöffnet Zwei dieser Laminate wurden übereinandergelegt, wobei eine Folie aus einem Polycarobnatfilm (Dicke 50 μ) dazwischengelegt wurde. Dieser Schichtkörper wurde bei 80° C 145

195

100

unter einem Druck von 50 kg/cm² zusammengedrückt.

So wurde ein verstärktes Ornamentmaterial (Ziermaterial) mit einer vernetzten Struktur erhalten. Diese Verbundstruktur wies eine Zugfestigkeit von 3,9 kg/cm über die Breite und eine Spannungsbeständigkeit von 9,3 Kilovolt auf.

Zum Vergleich wurden übliche Polyäthylenbahnen auf entsprechende Art und Weise auf die beiden Oberflächen des gleichen Polycarbonatfilms auflaminiert. Das dabei erhaltene Produkt hatte eine Zug-

festijkeit von 3,1 kg/cm über die Breite und eine Spannungsbeständigkeit von 8,1 Kilovolt

Wie aus den vorstehenden Ergebnissen eindeutig hervorgeht, weist die erfindungsgemäß hergestellte Verbundstruktur eine hohe Zugfestigkeit und eine außergewöhnlich hohe Spannungsbeständigkeit (Spannungswiderstand) auf und ist deshalb als Isoliermaterial für elektrische Drähte usw. geeignet.

Beispiel 5

240 Folien von nichtgeöffneten, vernetzten Strukturen mit den in Tabelle II angegebenen Eigen-

schäften wurden aufeinanderlaminiert, mit einem Öffnungsverhältnis von 10 geöffnet und bei 80° C unter einem Druck von 40 kg/cm² zusammengepreßt. So wurde eine Verbundstruktur mit vernetztem Muster (Gewicht 100/g/m²) erhalten. Diese wurde auf eine Asbestplatte unter Verwendung einer Vinylacetatemulsion als Binder befestigt und einem Brennbarkeitstest (JIS-A-1321-1970) unterworfen. Ohne die Asbestplatte bestand die Verbundstruktur den Test nicht, zusammen mit der Asbestplatte bestand die Verbundstruktur den Test mit der Bewertung 1 (Stufe 1).

Hierzu 2 Blatt Zeichmingen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen nichtgewebten Verbundstoffe, bei dem extradierte Polymerfolien zunächst gereckt und in Fasernetzwerke aufgespalten werden, anschließend mehrere dieser Spaltfaserfolien in Orientierungsrichtung aufeinandergelegt und gegebenenfalls zusammen mit weiteren Schichten verpreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß