DE2334078A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen eines urethanverstaerkungsmaterials auf ein vorher getuftetes primaeres unterlagenmaterial - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum aufbringen eines urethanverstaerkungsmaterials auf ein vorher getuftetes primaeres unterlagenmaterialInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Urethanverstarkungsmaterials
auf ein vorher getuftetes primäres
Unterlagenmaterial Zusatz zu Patent .... (P 22 04 023.9-26)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines
Ürethanverstarkungsmaterials auf ein vorher getuftetes
primäres Unterlagenmaterial und die Härtung des Urethanmaterials mit einer rotierenden, erhitzten Trommel, die
eine nicht-klebende erhitzte Oberfläche aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines Klebstoff
systems , das innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraumes und bei Umgebungstemperatur oder erhöhten Temperaturen
zur Polymerisation und zum Abbinden oder Härten gebracht werden kann.
Dr.Hn/ju
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Derzeit wird die große Mehrzahl der Teppiche und teppichartigen Materialien auf der Welt nach einem Tufting-Verfahren
hergestellt, bei dem ein Garn durch eine primäre Unterlage hindurchgeschlungen (befestigt) wird, so daß ein !Teil des
Garns, bekannt als Büschel (bundle) durch die Unterseite der primären Unterlage vorsteht. Nach dem Hindurchschlingen wird
eine sekundäre Unterlage, im allgemeinen Jute, auf die Unterseite der primären Unterlage aufgeklebt und daran befestigt,
um das Büschel zu bedecken und eine Dimensionsbeständigkeit und Drapierung zu ergeben bei gleichzeitiger Erhöhung der
Shift befestigung des Garns, d.h. bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit, mit welcher das getuftete Garn von der primären
Unterlage festgehalten wird. Der zum Auflaminieren der sekundären Unterlage auf die Unterseite der primären Unterlage
verwendete Klebstoff besteht im allgemeinen aus Latexmaterialien und einem Lösungsmittelsystem und/oder einer beträchtlichen
Menge Wasser. Das Lösungsmittel und/oder das Wasser müssen nach der Aufbringung des Klebstoffes entfernt
werden und die Polymerisation und Härtung des Klebstoffes muß bewirkt werden. Dieser Vorgang machte bisher die Verwendung
einer verhältnismäßig teuren und komplizierten Trocknungseinrichtung erforderlich. Außerdem nimmt diese übliche
Einrichtung normalerweise eine verhältnismäßig große Fläche des Fußbodenraumes in Anspruch und erfordert einen langen
Zeitraum zur wirksamen und effektiven Vervollständigung der Trocknung.
Um für die Verwendung bei Teppichunterlagenlaminierungen (Verstärkungslaminierungen) brauchbar zu sein, muß der Klebstoff
das getuftete Garn an der richtigen Stelle festhalten, die einzelnen Fasern des Garns in der richtigen Position
befestigen, ein Aufeinanderstapeln (pilling) des Garns verhindern,
die Dimensionsbeständigkeit (den Griff und die Drapierung) steuern und die sekundäre Unterlage zuverlässig
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auf der "Unterseite des primären Unterlagenmaterials festhalten·
Auch ist es außerordentlich wichtig, daß der Klebstoff nicht durch die primäre Unterlage hindurch und in die
freiliegenden Teile des Tuftinggarns wandert. Wenn eine solche Wanderung auftritt, wird das Garn steif und der fertige
Teppich ist nicht akzeptabel.
Ein derzeit in großem Umfange verwendetes Klebstoffsystem
beruht auf einem Latex oder einem carboxylierten Latex, der
auf die Unterseite der primären Unterlage aufgebracht wird. Das Wasser in dem Latexsystem wandert bei Gelegenheit durch
die primäre Unterlage in das freiliegende Garn, der Klebstoff wird jedoch von der primären Unterlage und dem Büschel zurückgehalten.
Der Latexklebstoff wird dann nach dem Aufbringen gehärtet und der fertige Teppich wird in üblichen großen öfen
bei verhältnismäßig hohen Temperaturen getrocknet. Die Aushärtung und Trocknung ist sehr kostspielig wegen der teuren
öfen, des hohen Energieverbrauchs, des Bedarfs an Fußbodenraum und der Arbeit zum Bedienen der öfen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Aushärten eines Urethanverstärkungsmaterials
unter Verwendung einer verhältnismäßig billigen Vorrichtung anzugeben, bei dem zum Aushärten nur mäßige Zeiträume und
niedere Temperaturen erforderlich sind. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines
lOrmkörpers durch Auflaminieren eines Unterlagenmaterials
(Verstärkungsmaterials) auf ein vorher getuftetes Material
unter Verwendung einer verhältnismäßig billigen Vorrichtung anzugeben, bei dem zum Aushärten des Klebstoffsystems nur
mäßige Zeiträume und niedrige Temperaturen erforderlich sind und bei dem das unerwünschte Kleben des Unterlagenmaterials
an einer erhitzen Oberfläche zum Aushärten des Klebstoffsystems vermieden wird.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus
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der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor.
Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Ibrm eine
Ausführungsform der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aushärten eines Urethanverstärkungsaiaterials während der Herstellung
eines getufteten Teppichproduktes· Bei der hier beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung wird ein sekundäres Verstärkungsmaterial
(Unterlagenmaterial) auf ein vorher getuftetes primäres Unterlagenmaterial auflaminiert, obwohl das Urethanverstärkungsmaterial
und die nicht-klebende Aushärtung auch
auf die Herstellung eines lOrmkörpers anwendbar sind, der
nur ein einziges Unterlagenmaterial aufweist.
Wie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, ist eine Zuführung 10 von vorher getuftetem primärem Jute-Unterlagenmaterial
11 in Form einer Rolle auf einem Teppichabrollgerüst 12 angeordnet, das unmittelbar benachbart ist zu einem Teppichlagerungstisch
14. Das vorher getuftete primäre Unterlagenmaterial wird von dem Gerüst 12 an einer Schienenaufnäh-Station
16 vorbei zu einem Lagerungsabschnitt 18 geführt. Die Schienenaufnähstation 16 wird verwendet, um die aufeinanderfolgenden
Rollen des primären Unterlagenmaterials so miteinander zu verbinden, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt
werden kann', selbst wenn verschiedene Typen von Teppichmaterialien durch das System geführt werden. In dem Lagerungsabschnitt
18 entsteht eine Anhäufung des primären Unterlagenmaterials, so daß die Schienenaufnäheinrichtung genügend
Zeit hat, um die Vereinigung der einander benachbarten Rollen des primären Unterlagenmaterials zu bewerkstelligen.
Nach dem Lagerungsabschnitt 18 wird das primäre Unterlagen-
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material 11 über eine Reihe von Walzen 20 in die Klebstoff auf tragsstation 22 eingeführt· In dieser Station
bringen ein Schwenkmischkopf (Kreuzmischkopf) und eine Auftragseinrichtung 24 eine zugeführte Menge des Klebstoffmaterials
auf die Rückseite und auf das Büschel des primären Unterlagenmaterials auf· Der Schwenkmischkopf 24
bewegt sich mit Hilfe einer üblichen Schwenkeinrichtung
25 über die gesamte Breite des Unterlagenmaterials hin und
her. Das Urethan material wird aus dem Vorratsbehälter
28 durch die Zuführungsleitung 26 in den Kopf 24 eingeführt
.
Unmittelbar nach dem Aufbringen des Urethanmaterials wird
das primäre Unterlagenmaterial einschließlich des Klebstoffüberzuges unter einer Rakel 30 hindurchgeführt, welche die
Aufgabe hat, das Klebstoffmaterial auf dem Unterlagenmaterial
gleichmäßig zu verteilen und die Dicke zu regulieren. Das beschichtete primäre Unterlagenmaterial wird dann über einen
Spannrahmenabschnitt 311 der ein endloses Band 32 aufweist,
geführt. Durch die Bewegung des Bandes 32 und die Arbeitsweise des Spannrahmenabschnittes dient dieser Abschnitt des
Verfahrens dazu, das beschichtete Unterlagenmaterial zu strecken und es in einer geeigneten Position über einen
VerklebungsZeitraum hinweg, wie er nachfolgend näher erläutert
wird, festzuhalten. Unmittelbar oberhalb des Spannrahmenabschnittes des Verfahrens ist ein Paar gegebenenfalls vorhandener
Vorheizeinrichtungen 34 vorgesehen. Gewünschtenfalls können diese Heizeinrichtungen in Betrieb genommen werden,
um eine Anfangshärtung des Urethans zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorheizeinrichtungen
nicht notwendig und nicht erforderlich.
Eine sekundäre Juteunterlage (Juteverstärkung) wird von einer entfernten.Juteabwickelstation 36 so zugeführt, daß sie un-
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mittelbar benachbart zu dem beschichteten Material der primären Unterlage vorliegt und an diesem nach dem Durchlaufen
des Spannrahmenabschnittes des Verfahrens haftet. Die sekundäre Unterlage und die primäre Unterlage werden
dann durch ein Paar Quetschwalzen $8 geführt, die einen ausreichenden Druck ausüben, um die beiden Unterlagenmaterialien
gegeneinander zu pressen. Die Druckkraft der Quetschwalzen kann so eingestellt werden, daß praktisch
alle in dem Urethan beim Verschäumen erzeugten Zellen zerstört werden oder die Walzen können nur die beiden Unterlagen
zusammendrücken, jedoch einen Teil der Zellen intakt lassen. Uach den Quetschwalzen werden das Teppichmaterial
der sekundären Unterlage und die getuftete primäre Unterlage um einen Teil des Umfanges mindestens einer erhitzten,
rotierenden Trockentrommel 40 geführt. Während dieser Führung um die Trockentrommel 40 herum ist die sekundäre
Unterlage unmittelbar benachbart zu der Trommeloberfläche angeordnet, so daß die von der Trommel abgegebene Wärme
unmittelbar dem Urethanmaterial zur Verfügung steht. Der
zugeführte Teppich wird um die Walzen 42 herum geführt, die dazu dienen, das Teppichmaterial gegen die Heiztrommel
zu drücken. Das Teppichmaterial wird dann über weitere Walzen 44 abgezogen und in einer Aufrollstation 46 gesammelt. Gewünscht
enf alls können unmittelbar benachbart zu der Trockentrommel 40 Trimmstationen vorgesehen sein, um den Teppich
auf die gewünschte Breite zuzuschneiden. Außerdem können auch Kühlabschnitte vorgesehen sein zur Herabsetzung der Temperatur
des Teppichmaterials.
Die Umfangsoberfläche der Trommel 40 ist mit einem Überzug 41 aus einem Trennmittel versehen, der an der Trommeloberfläche
haftet und so ausgewählt wird, daß er nicht-ktebende
Trenneigenschaften gegenüber dem sekundären Unterlagenmaterial (Verstärkungsmaterial), das auf dem Oberzug aufliegt, aufweist.
Bevorzugte Materialien für den Überzug 41 sind z.B.
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Silicium-Formtrennmittel, Siliciumkautschuk, Polytetrafluor-
mit
äthylen, ein/Polytetrafluoräthylen beschichtetes Glasfaserband
und gesintertes Polytetrafluoräthylen. Ein besonders
bevorzugter Überzug 41 besteht aus einem mit Polytetrafluoräthylen beschichteten Glasfaserklebstreifen.
Während des Auftrags des Urethanmaterials auf das primäre
Unterlagenmaterial hat sich eine Konzentration an Urethan zwischen 0,135 und- 1»42 kg (4 bis 42 ounces) Klebstoffmaterial
P P
pro m (yd ) Unterlagenmaterial als geeignet erwiesen. Eine
bevorzugte Konzentration liegt zwischen 0,405 und. 0,61 kg
(12 bis 18 ounces) Urethanmaterial pro m (yd. ) Unterlagenmaterial und eine besonders bevorzugte Konzentration liegt
zwischen 0,474 und
Unterlagenmaterial·
Unterlagenmaterial·
zwischen 0,474 und 0,541 kg (14 bis 16 ounces) pro m (yd. )
Während das beschichtete Unterlagenmaterial durch den Spannrahmenabschnitt
geführt wird, ist für das Urethanmaterial eine Verweilzeit zwischen 5 Sekunden und 30 Minuten vorgesehen.
Diese Verweilzeit beträgt vorzugsweise weniger als 1 Minute. Während der Verweilzeit dehnt sich das Urethanmaterial während
der Vorstufe seiner Polymerisationsreaktion chemisch aus und wird durch das Büschel des freiliegenden Garns auf dem primären
Unterlagenmaterial absorbiert unter Bildung einer Hülle aus diesem Material. Während der Verweilzeit wird eine etwa 60
%ige Büschelumhüllung erhalten. Wenn das Teppichmaterial die Heiztrommeln erreicht und die Temperatur des Urethans erhöht
wird, wird eine geeignete Viskosität der Urethantropfen und eine 100 %ige Büschelumhüllung erzielt.
Die Zeit- und Temperaturfaktoren, die durch die Heiztrommel 40 erzielt werden, sind besonders kritisch für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wurde gefunden, daß Temperaturen
zwischen etwa 21 und etwa 149°C (70 bis 3000P) für die
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
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Bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 38 und 121 C
(100 bis 2500F). Es wurde gefunden, daß die Zeit zum Erhitzen des Teppichmaterials zweckmäßig innerhalb des
Bereiches von 10 Minuten bis 10 Sekunden liegt. Ein bevorzugter Bereich der Erhitzungszeit liegt zwischen 8 Minuten
und 30 Sekunden. Daraus ist zu ersehen, daß es mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren möglich ist, Temperaturen anzuwenden, die niedrig genug liegen, um die Unversehrtheit
der üblichen synthetischen Teppichfasern aufrechtzuerhalten.
Typische Laufzeiten von der Rakel 30 bis zum Ausgang aus
der Heiztrommel 40 betragen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 3/4 Minute bis zu etwa 3 Minuten. Dies ist zu
vergleichen mit üblichen Laufzeiten zwischen 30 Minuten und
einigen Stunden. Außerdem können mit dieser Vorrichtung die Laufgeschwindigkexten bis zu 18 m (60 feet) pro Minute betragen,
während mit einer üblichen Vorrichtung die Laufgeschwindigkeit
en im allgemeinen zwischen 2,4 und 3}6 m (8 bis
12 feet) pro Minute liegen.
Ein besonders kritischer Aspekt des Teils der vorliegenden Erfindung, der das Verfahren zum Aufbringen eines sekundären
Unterlagenmaterials (Verstärkungsmaterials) auf ein vorher
getuftetes primäres Unterlagenmaterial betrifft, ist die Natur des Urethanverstärkungsmaterials. In dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird ein Urethanklebstoi'isystem als Urethanverstärkungsmaterial
verwendet. Dieses System ist unter den üblichen Materialhandhabungsbedingungen stabil, es kann jedoch innerhalb
eines kurzen Zeitraumes bei Umgebungstemperatur bis zu erhöhten Temperaturen zur Polymerisation und zum Abbinden
oder Aushärten gebracht werden.
Das erfindungsgemäße Urethanklebstoffsystem ist ein thixotropes Polymerisationsprodukt einer Mischung aus einem Polyol
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mit einer Hydroxylzahl von weniger als 100, gegebenenfalls einer geringen Menge Wasser, einem Polyisocyanat, einem
thixotropen Füllstoff und einem Katalysatorsystem, das die Polymerisationsreaktion zwischen dem Isocyanat und dem Polyol
fördert unter Bildung eines Polyurethans innerhalb eines kurzen Zeitraumes nach dem Mischen, Bas Eindringen der thixotropen
Polyurethaninasse in das Büschel (Bündel) des freiliegenden Teppichgarns wird dadurch gesteuert, daß man ihre
Anfangsviskosität, ihre Thixotropic, ihre Topfzeit und das Ausmaß der Klebstoffausdehnung während der Reaktion sorgfältig
reguliert, so daß das Garnbüschel zu mindestens 90 % mit dem
Polyurethanklebstoff gesättigt ist, ohne daß dieser durch die primäre Unterlage in beachtlichem Umfange hindurchdringt
und in die freiliegenden Teile (exponierten Teile) des getufteten Teppichgarns eindringt·
Die thixotrope Polyurethanmasse wird hergestellt, indem man eine wäßrige Polyolmasse und eine Polyisocyanatmasse getrennt
in einen Vorratsbehälter (Reservoir) 28 einführt, in dem die Reaktanten innig miteinander gemischt werden. Bevor ein beachtlicher
Polymerisationsgrad und eine Aufblähung auftritt, wird die erhaltene Mischung gleichmäßig auf die Unterseite
eines vorher getufteten primären Unterlagenmaterials mittels eines Mischkopfes 24- und einer Rakel 30 aufgebracht. Die
thixotrope Natur des Polyurethanreaktionsproduktes in Kombination mit den beim Auftragen der Mischung mit einer Rakel
erzeugten Scherkräften führt zu einer ausreichenden Herabsetzung der Viskosität der Mischung der Reaktanten und des
Produktes, um die Ausbreitung desselben zu fördern. Zwischen dem Polyisocyanat, dem gegebenenfalls vorhandenen Wasser und
dem Polyol wird eine Polymerisationsreaktion eingeleitet, wenn die Reaktanten gemischt werden, so daß die Reaktion
sowohl vor als auch nach dem Vorbeiführen der Mischungsmasse
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unter der Rakel auftritt. Nach dem Passieren der Rakel dickt die Mischungsmasse wegen ihrer thixotropen Natur ein,
so daß eine Wanderung der Masse in das getuftete Garn auf
der Oberseite der primären Unterlage verhindert wird. Die in der Masse gegebenenfalls vorhandene geringe Menge Wasser
fördert einerseits die Polymerisation und bewirkt daneben eine kontrollierte Verschäumung zur Verbesserung der Klebst
off wanderung in das Garnbüschel hinein,bevor die Masse
gehärtet wird,und setzt die zur Erzielung der gewünschten Haftung an der sekundären Unterlage erforderliche Menge der
Masse herab.
Das thixotrope Polyurethanmaterial muß eine Brookfield-Viskositat
zwischen etwa 30 000 und etwa 100 000 cP, gemessen bei 10 UpM mit einer Spindel Nr. 7 in einem Brookfield-RVF-Viskosimeter,
haben, um eine Wanderung derselben in das freiliegende Garn zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende
Verflüssigung desselben bei Anwendung der Scherkraft und eine Ausbreitung mittels einer Rakel zu ermöglichen. Das Brookfield-Viskosimeter
und seine Wirkungsweise sind beschrieben in "Development of Research Technique for Evaluating the
Low Temperatur Fluidity of Automatic Transmission Fluids", veröffentlicht vom Coordinating Research Council, Inc.,
Februar 1965, Appendix A, bezeichnet als CRC L-4-5-1262. Es
wurde gefunden, daß die Wanderung durch alleinige Erhöhung der Viskosität der Masse nicht verhindert werden kannj sondern
daß es erforderlich ist, daß die Masse thixotrop ist. Um diese Eigenschaften zu erzielen, ist es wesentlich, daß das
verv/endete Polyol eine Hydroxylzahl von weniger als 100, vorzugsweise
von weniger als 50 aufweist. Bekanntlich ist die
Hydroxylzahl definiert als die Anzahl der Milligramm Kaliumhydroxyd, die zur vollständigen Neutralisation des Hydrolyseproduktes
des vollständig acetylierten Derivats, hergestellt aus 1 g Polyätherpolyol, erforderlich ist. Das Polyol muß eine
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niedrige Hydroxylzahl haben zur Herabsetzung der Konzentration
des zur Erzielung der vollständigen Umsetzung der Eeaktanten unter Bildung des Polyurethans erforderlichen
Diisocyanats. Wenn flüssige Diisocyanate verwendet werden, setzen zunehmende Mengen an Düsocyanat die Viskosität und
Thixotropic der erhaltenen Masse unter den zur Verhinderung der Wanderung der Masse in das freiliegende Garn erwünschten
Wert herab. Wenn andererseits ein festes Düsocyanat verwendet wird, führen zunehmende Mengen an demselben dazu, daß
die erhaltene Masse pastenartig wird, wodurch es sehr schwierig wird, sie auszubreiten. Demgemäß können zwar niedermolekulare
Polyole mit festen Diisocyanaten und hochmolekulare Polyole mit flüssigen Diisocyanaten verwendet werden, in jedem Falle
muß jedoch die Hydroxylzahl des Polyols niedrig sein, um geeignete physikalische Eigenschaften der resultierenden
Masse zu erzielen. Wenn demnach feste Diisocyanatreaktanten verwendet werden, sollte das Polyol ein Molekulargewicht
zwischen etwa 1000 und etwa 3OOO haben, um geeignete Viskositätseigenschaften
der resultierenden Masse zu erzielen. Wenn andererseits ein flüssiger Diisocyanatreaktant verwendet
wird, sollte das Polyol ein Molekula-gewicht zwischen etwa
3OOO und etwa 9OOO haben, um die gewünschten Viskositätseigenschaften
der resultierenden Masse zu erzielen.
Zwar kann durch behutsame Auswahl des Polyols oder Prepolymerisats
und des Diisocyanats die Viskosität der resultierenden Masse gesteuert werden, die Masse kann jedoch nicht durch
Kontrolle der relativen Konzentrationen nur dieser beiden Reaktanten in dem gewünschten Grade thixotrop gemacht werden.
Es muß ein geeigneter Füllstoff in Mengen zugegeben werden, die ausreichen, um die Gesamtmasse in dem gewünschten Grade
thixotrop zu machen, die jedoch geringer sind als diejenigen, die dazu führen, daß die Masse zu viskos und pastenartig wird.
Die Konzentration des Füllstoffes hängt von dem Typ des ver-
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wendeten Füllstoffes ab, da der Grad der Thixotropie mit dem verwendeten Füllstoff variiert. Im allgemeinen wird der
Füllstoff in Mengen zwischen etwa I5 und etwa 3OO Teilen
auf 100 Teile Polyol- oder Prepolymerisatreaktant verwendet· Repräsentative Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Siliciumdioxyd,
Asbest, Calciumcarbonat, Zinkoxyd, Ton, Feldspat oder dgl. oder Mischungen davon. Wenn Füllstoffe, wie z.B.
Siliciumdioxyd oder Calciumcarbonat, verwendet werden, werden vorzugsweise weitere Füllstoffe zugesetzt, um den gewünschten
Grad der Thixotropic zu erzielen. Vorzugsweise wird Asbestpulver als alleiniger Füllstoff oder in Verbindung mit einem
anderen Füllstoff, wie Calciumcarbonat, verwendet, da mit Asbest zufriedenstellende thixotrope Eigenschaften erzielt
werden und dieser außerdem die Entflammbarkeit der Masse herabsetzt.
Der Typ des bei der Herstellung der thixotropen Polyurethanmasse verwendeten Katalysatorsystems sollte die Topfzeit
(d.h. die Zeit für eine 100 %ige Viskositätssteigerung) derselben auf 10 bis etwa 60 Sekunden bei mittleren Temperaturen
bis zu etwa 230C einstellen. Bevorzugt werden in der Reaktionsmischung 0,03 bis 1 Teil Katalysator auf 100
Teile Polyol verwendet. Das Aufblähen oder Verschäumen der Polyurethanmasse wird in der Weise durchgeführt, daß man
sowohl das Katalysatorsystem als auch die Wasserkonzentration steuert. Im allgemeinen kann das Wasser in der Reaktionsmasse
in einer Menge zwischen etwa 0,01 und 0,75 Teilen auf 100 Teile Polyol vorhanden sein, darüber hinaus und oberhalb
ist das Wasser normalerweise in an dem Füllstoff absorbierter Form vorhanden. Das Katalysatorsystem muß nicht nur eine
schnelle Aushärtung bei Umgebungstemperatur oder leicht erhöhter Temperatur bewirken, sondern es muß auch die Bildung
von Kohlendioxyd bei der Umsetzung von Wasser mit Diisocyanat steuern. Das Aufblähen sollte so gesteuert werden, daß eine
Klebstoffausdehnung zwischen etv/a 100 und etwa 400 %, vorzugs-
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weise zwischen etwa 200 und 300 %, bewirkt wird, so daß
das Garnbüschel (Garnbündel) mit dem Klebstoff gesättigt ist. Geeignete Katalysatoren sind solche, welche die Polyurethanbildung
in einer hohen Geschwindigkeit fördern, die jedoch die Blähungsreaktion nicht bevorzugt vor der Polyurethanreaktion
fördern. Bevorzugte Katalysatoren sind organische Metallverbindungen, Amine und Metallseifen; zu
solchen Katalysatoren gehören beispielsweise Dibutylzinndilaurat, Zinn(II)octoat und Nickelacetylacetonat.
Geeignete Polyole, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind die Polyätherpolyole mit einer Funktionalität von
mindestens 2, einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen etwa 1000 und etwa 9000 und einer Hydroxylzahl von
weniger als 10O0 Beispiele für solche Polyole sind Polybutylenglykol,
Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol, 1,2-PoIydimethylenglykol,
Polydecamethylenglykol und Gemische davon. Bei Verwendung eines flüssigen Diisocyanatreaktanten werden
vorzugsweise Polyole mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen 4000 und 8000 verwendet und besonders bevorzugte
Polyole sind solche mit einem Molekulargewicht zwischen 6000 und 7000. Bei Verwendung eines festen Diisocyanatreaktanten
haben die bevorzugten Polyole ein durchschnittliches Molekulargewicht zwischen 1200 und 2800 und besonders bevorzugte
Polyole haben ein Molekulargewicht zwischen I500 und
25OO.
Mit diesen Polyolen können zur Herstellung von zufriedenstellenden
Polyurethanklebstoffen die verschiedensten Polyisocyanate umgesetzt werden. Besonders geeignete Polyisocyanate
sind aromatische Diisocyanate, da sie reaktiver und weniger toxisch sind als die aliphatischen Diisocyanate. Beispiele
für solche Diisocyanate sind 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat,
Methandiisocyanat, Naphthylen-1,4-diisocyanat,
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Diphenylmethan-4,4-1 -diisocyanat, 3»3'-Dimethoxybiphenylendiisocyanat,
4,4—Diphenyl endiisocyanat und Mischungen davon. Das Diisocyanat wird gewöhnlich in einem stöchiometrischen
Überschuß verwendet, um eine vollständige Umsetzung mit den funktioneilen Gruppen des-Polyols und mit dem vorhandenen
Wasser zu gewährleisten· Vorzugsweise werden in der Reaktionsmasse
18 bis 50 Teile Diisocyanat auf 100 Teile Polyol verwendet.
Bei der erfindungsgemäß verwendeten Polyisocyanatkomponente handelt es sich vorzugsweise um ein Polymethylenpolyphenylisocyanat,
beispielsweise um das nicht-destillierte Produkt aus einer Anilin/Formaldehyd-Kondensationsreaktion und der
nachfolgenden Phosgenierung. Ein solches Produkt umfaßt Diphenylmethan-4,41-diisocyanat und seine analogen Verbindungen
mit einer Funktionalität zwischen 2 und 3· Zwei dieser Materialien sind folgende:
NCO
NCO
NCO
NCO
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NCO
Das nicht-destillierte Produkt weist eine verhältnismäßig niedrige Verdampfungsgefahr des Produktes auf (weniger als
5 Torr bei 200°C). Außerdem verleiht das nicht-destillierte
Produkt den Schäumen im Vergleich zu Toluoldiisocyanat eine verbesserte Wärme- und Feuerbeständigkeit·
Die erfindungsgemäß verwendete Polyisocyanatkomponente kann
auch in Form eines Prepolymerisats, wie üblich, der Mischung zugesetzt werden· Das Prepolymerisat wird hergestellt durch
Umsetzung eines stöchiometrischen Überschusses an Isocyanat mit der polymeren Hydroxyverbindung· In der Regel wird das
Isocyanat in einem stöchiometrischen Überschuß von etwa 30
bis etwa 200 % verwendet. Die Stöchiometrie basiert in diesem Falle auf der Anzahl der Äquivalente an Isocyanatgruppen pro
Äquivalent Hydroxygruppen in der polymeren Hydroxyverbindung. Je nach den gewünschten'Eigenschaften des Schaumes kann es
von Vorteil sein, einige der Isocyanatgruppen der Polyisocyanate mit einer monofunktionellen organischen Verbindung, wie
z.B. einem Phenol, zu blockieren· Solche Blockierungsmethoden erlauben die Einstellung der Zugänglichkeit der reaktionsfähigeren
Isocyanatgruppen und die 1 ,'..^stellung der Polymerisations-
oder Aushärtungstemperatur des Schaumes. Zur Erzielung des gewünschten Reaktivitätsgrades kann eine oder
eine beliebige Anzahl von Isocyanatgruppen blockiert werden. Außerdem können zur Einstellung der gewünschten Abspaltungsoder Freisetzungstemperatur spezielle Katalysatoren verwendet
werden·
Die Menge des verwendeten Polyisocyanate variiert geringfügig in Abhängigkeit von der Art des hergestellten Polyurethans.
Im allgemeinen sollte das -HCO-Äquivalent zu dem gesamten aktiven
Wasserstof^kquivalent so sein, daß ein Verhältnis von
0,8 bis 2,0 Äquivalenten-NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff,
d.h. Hydroxylwasserstoff der Polyo!verbindung, vorliegt.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis etwa 1,0 bis etwa 1,5 Äquivalente-NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff,
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird die Polymethylenpolyphenylisocyanatkomponente vor dem Mischen mit der Polyhydroxyverbindung durch Erhitzen
auf 160 bis 25O0C mit 0,1 bis 3 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht
des Isocyanats) eines Trihydrocarbylphosphats in eine lagerungsbeständige Flüssigkeit umgewandelt· Bevorzugte
Trihydrocarbylphosphate sind die Trialkylphosphate, in denen der Alkylrest 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthält, wie z.B.
in Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Honyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl und den isomeren
Formen davon. Das besonders bevorzugte Trialkylphosphat ist Triäthylphosphat und das besonders bevorzugte Polymethylenpolyphenylisocyanat
ist bei dieser Ausführungsform praktisch reines Diphenylmethandiisocyanat. Unter dem hier verwendeten
Ausdruck "praktisch reines DiphenylmethandAisocyanat" ist
ein Diphenylmethandiisocyanat zu verstehen, das im wesentlichen frei von Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität
ist, d.h. das weniger als etwa 5 Gew.-% an Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität enthält. Das praktisch reine
Material enthält in der Regel etwa 90 % Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat
und etwa 10 % des entsprechenden 2,4'-Isomeren. Es ist klar, daß diese Ausführungsform nicht auf dieses spezielle
Mengenverhältnis der ,Isomeren beschränkt ist, sondern auch die Verwendung anderer Mengenverhältnisse sowie die Verwendung
der einzelnen reinen 4,4'- und 2,4'-Isomeren umfaßt, die im
wesentlichen frei von Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität sind.
Es ist aber auch ein anderes Verfahren zur Herstellung des Polyurethanklebstoffes möglich und praktikabel. Durch Zugabe
von 1 bis 3 Teilen bestimmter ausgewählter oberflächenaktiver
Mittel oder Oberflächenadditive auf 100 Teile Polyol anstelle
von Wasser ist es möglich, die Polyurethanverbindung mechanisch
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zu verschäumen oder Luft in sie einzuschließen, anstatt die Verbindung chemisch zu verschäumen und einen beständigen
Schaum aus Luft und Polyurethanklebstoff herzustellen. Eine allgemeine Formulierung für die Herstellung dieses Klebstoffes
ist folgende:
100,00 Polyol oder ein anderes Hydroxyl
enthaltendes Material
10,00 - Asbest
0,06 Dibutylzinndilaurat
3 »00 oberflächenaktives Mittel
0,50 Färbemittel
30,00 Düsocyanat
Der Schaum der obigen Zusammensetzung wird durch eine geeignete Auftragseinrichtung auf die Unterseite einer getufteten
primären Unterlage aufgetragen, geliert und dann wie oben beschrieben gehärtet. Beispiele für geeignete oberflächenaktive
Mittel sind oberflächenaktive Siliciumverbindungen der Union Carbide Company und der Dow Chemical Company,
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
In eine zum Ausbreiten einer Mischung auf der Unterseite eines getufteten primären Unterlagenmaterials geeignete Mischerrkopfvorrichtung
wurden getrennt eingeführt (1) 45,4 kg (100,0 pounds) Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von
etwa 25 und einem Molekulargewicht von 6500, 0,23 kg
(0,50 pounds) Wasser, 6,8 kg (15»0 pounds) Asbestpulver mit
einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 5 bis 50
Mikron, 45,4 kg (100,0 pounds) Calciumcarbonat mit einer
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durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 50 bis I50 Mikron
und 0,023 kg (0,05 pounds) Dibutylzinndilaurat sowie (2) 13»6 kg (30 pounds) umgewandeltes Diphenylmethan-4-,4~diisocyanat.
Die dabei erhaltene Mischung hatte eine Anfangsviskosität von etwa 88 000, gemessen mit einem Brookfield-RVF- '
Viskosimeter mit einer Spindel Hr. 7 *>ei 10 UpM. Ein primäres
Unterlagenmaterial, durch welches Nylongarn getuftet worden
war, wurde dann unter den Mischerkopf geführt. Die thixotrope Polyurethanmischung wurde auf die primäre Unterlage und das
freiliegende Garnbüschel in einer Menge von 0,61 kg (18 ounces) Mischung pro m (yd. ) Unterlage mittels einer Rakel aufgetragen
und auf eine allgemeine Dicke von etwa 0,635 cm (1/4 inch) verschäumen gelassen. Dann wurde auf die Klebstoffschicht
eine sekundäre Unterlage (Verstärkung) aufgebracht und die Kombination aus primärer Unterlage und sekundärer
Unterlage wurde anschließend zwischen zwei Quetschwalzen hindurchgeführt, wobei die Unterlagen und der Klebstoff einem
Druck von etwa 0,28 kg/cm (4 psi) ausgesetzt wurden, wobei
praktisch sämtliche in dem Klebstoff während der Verschäumung gebildeten Zellen zerstört wurden. Das dabei erhaltene Laminat
aus primärer Unterlage und sekundärer Unterlage wurde dann über einen Teil des Umfanges einer Reihe von vertikal übereinander
angeordneten Heiztrommeln geführt, in denen die sekundäre Unterlage einer Temperatur von 135° C ausgesetzt wurde,
um das Klebstoffmaterial zu verfestigen und auszuhärten.
Die Heiztrommel war auf ihrer beheizten Oberfläche mit einem mit Polytetrafluoräthylen beschichteten Glasfaserklebestreifen
überzogen. Das Teppichprodukt löste sich von der Trommel gut ab, ohne daran zu kleben.
Das dabei erhaltene laminierte Teppichprodukt wurde dann durch Entlaminierungs-, Büschelhüllen- und Tuftverankerungstests
auf seine Festigkeit hin untersucht. Dabei wurde gefunden, daß der Teppich eine Tuftverankerung von etwa 11,3 kg (25
pounds) aufwies. Die Büschelhülle erwies sich zu etwa 100 %
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mit Polyurethanklebstoff gesättigt und es trat keine Wanderung des Polyurethans durch die primäre Unterlage hindurch
auf,
Die nachfolgend angegebene allgemeine Formulierung wurde abgemessen
und mit trockener Luft in dem Kopf einer mechanischen Verschäumungsvorrichtung, wie sie üblicherweise zum Verschäumen
von Latex, Konfekt und Nahrungsprodukten verwendet wird, gemischt,
4-5,4- (100,00) Triolpolyäthylenglykol (MG 6000)
4,54- (10,00) Asbest
34-,O (75,00) Füllstoff (Calciumcarbonat)
0,014- (0,003) ' Dibutylzinndilaurat
1»36 (3,00) Siliconsurfactant (Dow Chemical
Company)
14-,1 (31 »00) ein Diisocyanatprepolymerisat aus
dem Diisocyanat des Beispiels 1 und Polypropylenglykol, das einen
freien ttCO-Gehalt von etwa 34- %
bei einem IsocyanatäquVvalent von etwa 14-0 aufwies.
Die in dem Verschäumungskopf erzeugte Bewegung lieferte einen Klebstoff-Luft-Schaum einer Dichte von etwa 0,272 g/cnr5 (17
pounds/ft. ). Dieser Schaum wurde in eine Mulde hinter einer Rakel gegossen, die ihn so dosierte, daß er in einer Menge
von etwa 1,29 kg/m (38 ounces/yd. ), entsprechend einer Dicke von etwa 0,952 cm (3/8 inch), auf die Teppichunterläge
•aufgebracht wurde· Die Klebstoffverbindung wurde dann wie in
Beispiel 1 beschrieben gehärtet.
Es sei darauf hingewiesen, daß zu den üblichen Unterlagenmaterialien,
die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
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233ΛΠ78
werden können, Unterlagen aus gewebter Jute, Baumwolle und synthetischen Fasern, gewebte Streifen aus Polyolefinmaterial,
Folien aus Polyolefinmaterial, genadelte und nichtgewebte Unterlagenmaterialien und dgl, verwendet werden können«
Übliche Teppichgarne für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind z.B. Naturfasern, wie Baumwoll- und
Wollfasern, sowie synthetische Fasern, wie Nylon-, Polyester-, Polyolefinfasern und dgl. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die sekundäre Unterlage weggelassen und das Urethanunterlagenmaterial (-verStärkungsmaterial) wird statt dessen verschäumen gelassen und dann
dadurch gehärtet, daß man es in der Nähe der Trockentrommel 40 anordnet, wobei das verschäumte Urethan der erhitzten
Oberfläche der Trommel, die von einem mit Polytetrafluoräthylen
beschichteten Glasfaserklebestreifen bedeckt ist, unmittelbar
benachbart ist. Anstatt das Urethanmaterial zu
verschäumen, kann, das Urethanmaterial vor dem Aufbringen auf die getuftete Unterlage wie in Beispiel 2 mechanisch
ver schäumt und dann gehärtet werden, indem man es in der Nähe der erhitzten Oberfläche der Trockentrommel 40 anordnet.
Beim Verschäumen des Urethans kann der Wassergehalt des Systems auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Schaumzellen,
ob sie nun mechanisch oder durch chemische Umsetzung erzeugt worden sind, zerstört (zusammengedrückt) oder nicht
zerstört werden. Wenn die Zellen zerstört werden, wird eine starrere (festere) Unterlage erhalten. Wenn die Zellen nicht
zerstört werden, wird eine weichere und elastischere Unterlage erhalten. Auf die bei dieser Ausführungsform erhaltene Unterlage
können verschiedene Muster aufgeprägt werden, wenn die Zellen vollständig oder teilweise zerstört (zusammengedrückt)
werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend zwar an Hand spezifischer
bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch klar, daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch klar, daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Patentansprüche:
4 0983 1/0683
Claims (4)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung eines getufteten Teppichproduktes, bestehend aus einer primären Unterlage, durch die ein Teppichgarn geschlungen ist unter Bildung einer Oberseite der Unterlage, die einen Großteil des durchgeschlungenen (eingewebten) Garns aufweist, und einer Unterseite der Unterlage, die ein Büschel aus dem Teppichgarn aufweist, einer sekundären Unterlage und einer Schicht aus einem Klebstoffmaterial zwischen der Unterseite der primären Unterlage und der sekundären Unterlage, um beide Unterlagen fest miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß mandie Unterseite der primären Unterlage an einer Auftragsstation vorbeiführt, an der auf die Unterseite der primären Unterlage ein thixotropes Polyurethanklebstoff-Aufbaumaterial aufgebracht wird,eine sekundäre Unterlage auf die Unterseite der primären Unterlage und das Klebstoffmaterial unter einem ausreichenden Druck aufbringt, um eine Verklebung der beiden Unterlagen miteinander zu erzielen, und /die sekundäre Unterlage und das Klebstoffmaterial innerhalb eines Zeitraums von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 21 bis etwa 14-9°C (70 bis 300°F) erhitzt, um dadurch das Klebstoffmaterial zum Polymerisieren und Aushärten zu bringen, indem man die sekundäre Unterlage und die primäre Unterlage um einen Teil der Umfangsoberfläche mindestens einer rotierenden erhitzten Trommel mit einem nicht-klebenden Trennmittel auf ihrer Oberfläche herumführt, wobei die sekundäre Unterlage unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist.A09831 /0683
- 2. Verfahren zur Herstellung eines getufteten Teppichproduktes, bestehend aus einem Substrat mit einem durchgeflochtenen Teppichgarn unter Bildung einer Oberseite, die einen Großteil des durchgeflochtenen Garns aufweist, und einer Unterseite, die ein Teppichgarnbüschel auf v/eist, und einer Schicht aus einem Urethanverstärkungsmaterial auf der Unterseite des Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß mandie Unterseite des Substrats an einer Auftragsstation vorbeiführt, an der auf die Unterseite des Substrats und das Teppichgarnbüschel ein Polyurethanverstärkungsmaterial aufgebracht wird, unddas Substrat und das Verstärkungsmaterial für einen Zeitraum von etwa 10 Sekunden bis etv/a 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 21 bis etv/a 14-9° C (70 bis 3000P) erhitzt, um das Verstärkungsmatcrial zum Polymerisieren und Aushärten zu bringen, indem man das Substrat und das Verstärkungsmaterial um einen Teil der Umfangsoberfläche mindestens einer rotierenden erhitzten Trommel mit einem nicht-klebenden Trennmittel auf ihrer Oberfläche herumführt, wobei das Verstärkungsmaterial unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist♦
- 3. Vorrichtung zum Auflaminieren einer sekundären Unterlagenmaterialbahn auf eine vorher getuftete primäre Unterlagenmaterialbahn, gekennzeichnet durcheine Einrichtung zur Beförderung einer Bahn aus dem primären Unterlagenmaterial entlang eines vorher festgelegten Weges,eine Verteilungseinrichtung, die an einem ersten Ort in der Nähe dieser Bahn angeordnet ist, zum Aufbringen einer bestimmten Menge eines bei Temperaturen von etwa 21 bis etwa C! (70 bis 300°P) innerhalb eines Zeitraumes von etwa409831 /068310 Sekunden bis etwa 10 Minuten härtbaren flüssigen Klebstoffmaterials auf eine erste Seite des primären Unterlagenmaterials ,eine Rakel-Auftragseinrichtung, die an einem zweiten Ort benachbart zu dem Weg angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials von dem ersten Ort und zur Verteilung des aufgetragenen Klebstoffmaterials bis zu einer vorher festgelegten Dicke auf der ersten Seite des primären Unterlagenmaterials,eine Spannrahmeneinrichtung, die an einem dritten Ort in der Nähe dieses Weges angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials von dem zweiten Ort und zur Streckung des mit dem Klebstoff beschichteten primären Unterlagenmaterials innerhalb eines vorher festgelegten Zeitraumes, der ausreicht, um eine Ausdehnung des Klebstoff— materials zu ermöglichen,undmindestens eine rotierende erhitzte Trommel, die in der Nähe dieses Weges angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials um einen Teil der Trommeloberfläche herum, wobei das flüssige Klebstoffmaterial unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist und wobei die erhitzte Trommel auf ihrer Oberfläche ein nicht-klebendes Trennmittel aufweist und bei einer Temperatur von etwa 21 bis etwa 14-9°C (70 bis 3000F) betrieben wird, bei der das flüssige Klebstoffmaterial innerhalb eines Zeitraumes von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten aushärtet.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung auf v/eist, die in der Nähe des Weges angeordnet ist, zum Befördern einer Bahn aus dem sekundären Unterlagenmaterial auf die mit dem Klebstoff beschichtete erste Seite des gestreckten primären Unterlagenmaterials und in derA0983 1 /0683die rotierende Trommel so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie das primäre Unterlagenmaterial und das sekundäre Unterlagenmaterial um einen Teil des Trommelumfanges herum aufnehmen kann, wobei das sekundäre Unterlagenmaterial unmittelbar an das nicht-klebende Trennmittel auf der Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist.0 9 8 3 1/0633LeerseiteCopy I
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US00197022A US3806385A (en) | 1971-02-02 | 1971-11-09 | Method of applying a secondary backing material to previously tufted primary backing material |
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DE3113246A1 (de) * | 1981-04-02 | 1982-10-28 | Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf | Verfahren zum herstellen bahnfoermiger schichtstoffe aus einer schaumstoffschicht und einer teppichschicht |
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NL7800374A (nl) * | 1978-01-12 | 1979-07-16 | Balamundi Nederland Bv | Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een tweezijdig met een thermoplast bekleed gelaagd materiaal. |
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- 1973-11-09 BE BE137611A patent/BE807156R/xx active
- 1973-12-18 NL NL7317291A patent/NL7317291A/xx unknown
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DE3113246A1 (de) * | 1981-04-02 | 1982-10-28 | Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf | Verfahren zum herstellen bahnfoermiger schichtstoffe aus einer schaumstoffschicht und einer teppichschicht |
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NL7317291A (de) | 1974-07-26 |
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