DE2520847A1

DE2520847A1 - Verfahren zum aushaerten von klebemitteln zum aufbringen von faser- oder textilmaterial auf hitzeempfindliche unterlagen mittels elektronenbestrahlung

Info

Publication number: DE2520847A1
Application number: DE19752520847
Authority: DE
Inventors: Alfred D Fussa; Samuel V Nablo
Original assignee: Energy Sciences Inc
Current assignee: Energy Sciences Inc
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1975-11-20
Also published as: GB1500165A; US4100311A; CA1052320A; IT1035650B; ES437329A1; JPS5842314B2; JPS50157666A; DE2520847C2; FR2270310B3; FR2270310A1

Description

Verfahren zum Aushärten von Klebemitteln zum Aufbringen von Faser- oder Textilmaterial auf hitze empfindliche Unterlagen mittels Elektronenbestrahlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Klebemitteln, die Faser- oder ähnliche Materialien verbinden, die auf hitzeempfindliche Unterlagen angebracht sind, die unverstärkt oder verstärkt sein können und deren Eigenschaften den Grad der anwendbaren thermischen Aushärtung und entsprechend die Trocknungsgeschwindigkeit begrenzen.

Das Aushärten von Klebemitteln zum Befestigen von Fasern, Verblendungsstoffen und ähnlichen Materialien auf hitzeempfindlichen Unterlagen mußte bisher bei relativ geringen Geschwindigkeiten erfolgen, die

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in der Größenordnung von IO bis 2Om/min lagen. Das war einerseits deswegen notwendig, weil die aufgewendete thermische Energie gering sein mußte, um die hitzeempfindliche Unterlage nicht anzugreifen. Andererseits ergab sich auch wegen der Aushärtungstemperaturbegrenzung bei konventionellen Klebemitteln, die durch Kondensationspolymerisation aushärten, eine praktische Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit der zu trocknenden Gegenstände, die die Aushärtungszone passieren, da der Aushärtungsgrad sich bei einer gegebenen Temperatur durch Multiplikation mit der Zeit ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Elektronenstrahlaushärtungsverfahren anzugeben, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und eine Hochgeschwindigkeitsaus härtung von Fasern und Klebemitteln ermöglicht, ohne daß die Unterlage, an deren Oberfläche die Textil- oder Fasermaterialien angeordnet sind, beschädigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei das breite Anwendungsfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere, was die Anzahl der verwendbaren Materialien anbetrifft. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ergibt sich durch ein verbessertes Beflockungs- und das damit verbundene Aushärtungsverfahren ein zusätzliches Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Erfindung umfaßt einschließlich ihrer günstigen Aus-

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gestaltungen ein Verfahren zum Aushärten von Textilmaterial, wie beispielsweise Fasern, und der verbindenden Klebemittelschicht, die auf einer hitzeempfindlichen Unterlage angeordnet sind, deren Eigenschaften den Grad der angewendeten thermischen Aushärtung und entsprechend die Aushärtungsgeschwindigkeit - begrenzen. Dabei wird eine durch Elektronenbestrahlung aushärtbare Klebemittelschicht auf die hitzeemPfdindliche Unterlage aufgetragen und das Fasermaterial auf die Klebemittelschicht aufgeflockt. Diese Anordnung, bestehend aus Unterlage und durch Klebemittel befestigtem Fasermaterial, wird durch eine vorbestimmte Zone geführt, in dem Elektronenstrahl Ie nergie auf das Fasermaterial und durch dieses hindurch auch auf die Klebemittelschicht gerichtet ist, wobei der Elektronenstrahl so ausgerichtet ist, daß er eine Strahlendosis von 2 Megarad + 50 % mit einer Energie in der Größenordnung von 150 keV + 30 % erzeugt. Die Durchtrittsgeschwindigkeit der Anordnung durch die Aushärtungszone liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 20 bis 80 m/min, um das Klebemittel ohne Beeinträchtigung der hitzeempfindlichen Unterlage auszuhärten. Bei einem Behandlungspegel von 2 Megarad wird eine Energie von weniger als 5 cal/m an die Oberfläche der Klebemittelschicht abgegeben. Unter der Annahme, daß die spezifische Wärme des Klebemittels 0, 3 beträgt, ist während des Aushärtungs Vorganges lediglich eine Temperaturerhöhung um 10 bis 15 C zu erwarten, wobei die Werte für die Unterlage noch weitaus geringer sind, weil diese fast keine Energie direkt erhält und ihre thermische Kapazität weitaus größer ist als die des Klebemittels.

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Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei auf eine Zeichnung verzichtet werden kann, da die Verfahrensschritte klar ersichtlich und die verwendeten Einrichtungen im wesentlichen bekannt sind.

Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, daß, wenn ein Elektronenstrahl mit einer Einrichtung, wie sie beispielsweise in den US-PS 3 769 600 und 3 745 396 beschrieben ist, erzeugt und so ausgerichtet wird, daß er seine Energie in einer vorgegebenen Zone auf ein Textilmaterial, wie beispielsweise Fasern (Fibern), und durch dieses hindurch auf ein durch Elektronenbestrahlung aushärtbares Klebemittel, das die Fasern auf einer hitzeempfindlichen Unterlage festhält, abstrahlt und die Elektronendosis auf 2 Megarad 4- 50 %, die Elektronenenergie auf 150 keV + 30 % begrenzt ist und die Bandgeschwindigkeit beim Durchlaufen der vorgegebenen Zone vorzugsweise bei 20 bis 80 m/min liegt, eine schnelle und effektive Aushärtung des Klebemittels bei gleichzeitiger Befestigung der Fasern erreicht werden kann, ohne daß die hitzeempfindliche Unterlage in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird. Das gilt insbesondere für einen Abstand zwischen Elektronenfenster und zu bestrahlenden Gegenständen von 2 cm + 20 %.

Das dargestellte Verfahren enthält noch eine Reihe weiterer äußerst vorteilhafter Weiterbildungen, die einen günstigen Wirkungsgrad ermöglichen. Besonders wichtig ist dabei die Verwendung einer die gerichtete Elektronenenergie nicht in abtastender Weise liefernde Quelle, wobei die Elektronenrichtung senkrecht zu der mit dem

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Textilmaterial versehenen Oberfläche gerichtet sein muß, so daß die Trajektorien bei mit senkrechtstehenden Fasern beflockter Oberfläche parallel zu diesen verlaufen. Dadurch wird der von den Fasern durch Absorption verursachte Energieverlust zu einem Minimum gemacht. Eine derartige Geometrie läßt sich bei der Verwendung anderer Energiequellen, wie sie beispielsweise in den US-PS 3 013 154 und 3 660 217 beschrieben sind, nicht erreichen, da hier einerseits der schräge Einfall der Elektronen auf das durchlässige Fenster und andererseits die Dicke des verwendeten Fensters zu sehr großen Streuwinkeln bei der Elektronenverteilung führen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich in Verbindung mit der aus der US-PS 3 780 308 bekannten Lehre, nach der die hohe Bremsenergie von niederenergetischen Elektronen in der Größenordnung von 100 bis 150 keV nutzbar gemacht wird, um die Aushärtungswirkung bei einem gegebenen Härterverhältnis zu beschleunigen (mit "Aushärtungswirkung" ist dabei der Übergang und die Nutzung der absorbierten kinetischen Energie im Klebemittelfilm gemeint). Darüber hinaus ist es nur mit diesen niederenergetischen Elektronen möglich, bei den in der BeflockungsIndustrie üblicherweise benutzten Klebemittelfilmstärken von 25 bis 150 ja (für 0, 5 bis 2, 5 mm Faserlänge der Flocken), den Durchgang des Aushärtungs Vorgangs durch das Klebemittel zu der empfindlichen Unterlage hin ausreichend genau zu kontrollieren.

Es wurde gefunden, daß bei einer 0, 2032 mm starken hitzeempfindlichen Vinylfolienunterlage, die mit Acrylepoxidkleber mit einer Schichtdicke von ungefähr 0, 1 mm messerbeschichtet ist und auf

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welche Nylonflockenfasern von 1, 25 mm Länge in konventioneller Weise aufgeflockt sind, e.ine ausreichende Klebemittel- und Faseraushärtung erreicht wird bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Bandes von 60 m/min unter Verwendung einer Betrahlungseinrichtung der Anmelderin, wie sie beispielsweise in Nablo, S. V. et al, (... vgl. S. 3 Originaltext im letzten Absatz) beschrieben ist. Die Einrichtung wird dabei auf eine Strahlungsdosis von 2 Megarad bei einer Elektronenenergie von 150 keV eingestellt. Parallele Untersuchungen mit demselben System sind mit einer Bandgeschwindigkeit von 30 m/min bei einem Behandlungspegel von 3 Megarad durchgeführt worden. Auf diese Weise sind Aushärtungen durchführbar, bei denen die Dicke des Beflockungsmaterials eine Größenordnung aufweist, die das zwei- bis fünfzigfache der Dicke der Klebemittelschicht beträgt, was für Faserlängen bis zu 4, 5 mm realisiert wurde. Ähnliche Ergebnisse wurden auch für ein auf der Oberfläche einer 0, 127 mm starken Vinyltapete aufgetragenes Urethanklebemittel erzielt, wobei ein druckempfindliches Klebemittel und ein Schutzpapier bereits vorher auf der gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht worden waren. In beiden genannten Beispielen waren die Abriebsfestigkeit und der Widerstand gegen Ablösen der mit Faserflocken versehenen Oberfläche wenigstens um den Faktor 3 bis 5 besser als es mit konventionellem thermisch ausgehärteten Epoxid- oder Acryl-Latexemulsionen als Klebemitteln erreicht werden konnte.

Ein weiteres Beispiel einer ähnlich erfolgreichen Klebemittel-Be-

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flockungsaushärtung wurde mit denselben Einrichtungen und Einstellungen bei temperaturempfindlichen Styrenunterlagen erzielt, wobei Styrenfolien mit einer Stärke von bis zu 2, 54 mm verwendet wurde. Sowohl Holz- und Papierunterlagen als auch eine Anzahl von Folien- und Schaumpolyäthylenen sowie -polyurethanen und auch verschiedene tapetenartige Papier-Folien- Laminaten wurden mit einer nach dem erfindungs gemäßen Verfahren vorgenommenen elektronenstrahlausgehärteten Klebemittel-Faserflocken-Beschichtung versehen. Auch andere Acryllatexe und sowohl aromatische als auch aliphatische Urethane, Epoxidester und andere Beflockungsmaterialien, wie beispielsweise Rayon und Polyester, konnten verwendet werden, wobei jeweils die Strahlendosen, die Energien und die Bandvorschubgeschwindigkeiten in den vorgenannten Grenzen lagen. Bei höheren oder niedrigeren Strahlendosen trat ein Verspröden wegen der Überdosierung bzw. ein schlechter Klebeeffekt wegen Unterdosierung auf, während bei höheren und niedrigeren Energiepegeln eine Überdosierung in Bezug auf die labile Unterlage bzw. eine Unterdosierung hinsichtlich des Klebemittels eintrat.

Weiterhin wurden beispielsweise Baumwolle und gewirktes Nylongarn oder zu ummantelndes Kernmaterial zum Aufbringen von Textilmaterial mit Urethan- und Acrylepoxidklebemitteln überzogen und mittels einer bekannten, elektrostatisch arbeitenden Gleichstrombeflockungseinrichtung mit Nylonfasern von 1 mm Länge versehen. Das beflockte Klebemittel wurde anschließend bei einem einzigen Durchlauf durch die weiter oben genannte Bestrahlungsein-

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richtung der Anmelderin bei einer Strahlendosis von ungefähr 2 Megarad bei 150 keV und bei einer Bandgeschwindigkeit von ungefähr 60 m/min ausgehärtet. Die Behandlung wurde durch die Einrichtung' einseitig vorgenommen mit voller Aushärtung ungefähr am Rande des Kerngarns, bewirkt durch die Elektronen, die von der Trägeroberfläche über die das Garn gespannt war, unterhalb des Fensters für den Elektronenstrahl der Einrichtung reflektiert wurde.

Das erfindungs gern äße Verfahren ist für alle Arten der Beschichtung von hitzeempfindlichen Unterlagen mit Textilmaterial geeignet, wobei es sich gleichermaßen um gesponnene, gewebte oder faserförmig aufgebrachte Materialien zur Verblendung der Oberfläche handeln kann.

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Claims

P atentansprüche

1. Verfahren zum Aushärten des Klebemittels, das zum Befestigen von Textil- oder ähnlichem Material auf einer hitzeempfindlichen Unterlage dient, deren Eigenschaften den Grad der anwendbaren thermischen Aushärtung und entsprechend die Aushärtungsgeschwindigkeit begrenzen, gekennzeichnet durch die Schritte: Eine mittels Elektronenbestrahlung trockenbare Klebemittelschicht wird auf der hitzeempfindlichen Unterlage aufgebracht, das Material wird auf der Klebemittelschicht angebracht, die Anordnung von Unterlage und durch Klebemittel gesichertem Material durchläuft eine vorbestimmte Zone, wobei die Energie eines Elektronenstrahls auf das Material und durch dieses hindurch auf die Klebemittelschicht einwirkt und der Elektronenstrahl so eingestellt ist, daß er eine Bestrahlungsdosis in der Größenordnung von 2 Megarad + 50 % mit einer Energie in der Größenordnung von 150 keV -I- 30 % erzeugt, und die Durchtritts geschwindigkeit des Materials durch die vorbestimmte Zone ungefähr 20 bis 80 m/min beträgt, so daß das Klebemittel ohne Beeinträchtigung der hitze empfindlichen Unterlage ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material Fasern (Fibern) umfaßt und daß das Aufbringen durch Aufflocken der Fasern auf die Klebemittelschicht erfolgt.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Klebemittelschicht in der Größenordnung von mehreren Hundertstel Millimeter liegt und die Dicke der Faserschicht demgegenüber groß ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Faserschicht zwei- bis fünfzigmal so groß ist wie die der Klebemittelschicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die hitzeempfindliche Unterlage aus einem temperaturempfindlichen Plastik-, Faser-, Holz- oder Papierprodukt besteht, eingeschlossen sind Papier/Folienunterlagen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Klebemittelschicht ein Acrylepoxid, Epoxidester, Acryllatex oder Urethan enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern aus Nylon, Rayon oder Polyester bestehen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage blattförmig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage fadenförmig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage eine dreidimensionale Oberfläche ist.

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