DE2530499C3 - Mattenbahn und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Mattenbahn und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE2530499C3
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Alfred Dr. Rasen
Klemens Schenesse
Rolf Ing.(Grad.) Vollbrecht
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Description

Die Erfindung betrifft eine Mattenbahn mit einer Dicku von etwa 5 bis 70 mm, bestehend aus einer Vielzahl von aus synthetischen Polymeren schmelzgesponnenen, sich stellenweise überkreuzenden und an den Krcuzungsstellen miteinander versehweißten Fäden mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1,5 mm.
Derartige Mattenbahnen, welche beispielsweise aus der DE-OS 18 10 921 und der DE-OS 19 22 460 bekannl sind, werden vorwiegend technischen Einsatzzweeken zugeführt. Sie linden beispielsweise Verwendung als Stützmatten für Rollrasen und rollbare Wege, als Stützmatten für stark strapazierte Rasenflächen, als Bodenbefestigungs- und Krosionsschutzmatten, als Bcfestigunpsmatten für Böschungen, Diininv. IHer od. df.I . als Auslegeware für Vieh- und insbesondere kuhstalle. Bei vielen dieser Verwendungszwecke wird die iMHungsgeniäße Mattenbahn vorwiegend aufDruck belastet, wobei ihre Kompressibilität die entscheidende Eigenschaft ist. l-'ür andere Verwendungszwecke, so beispielsweise beim Böschungsschutz, und bei der Deich- und Uferbefestigung, wo die gattungsgemäßen Mattenbahnen an schräg angestellten Flächen verlegt und gegebenenfalls mit Erde, Dünger, Samen od. dgl. ausgefüllt werden, spielt das Festigkeitsverhalten der Matte eine wesentliche Rolle. Während das Festigkeitsverhalten derartiger Mattenbahnen in Längsrichtung im wesentlicher durch die Festigkeit der Fäden selbst bestimmt wird, ist in QueTichtung im wesentlichen das Festigkeitsverhalten der an den Kreuzungsstellen der Fäden Vorhandenen Klebe- oder Schweißstellen bestimmend. Das für die Gebrauchstüchtigkeit solcher Matten in vielen Fällen entscheidende Kriterium ist somit die sogenannte »Querfestigkeit«, also die quer zur Laufrichtung gemessene Festigkeit, die bei den bekannten Matten, durch die Verfahrenstechnik bedingt, deutlich niedriger liegt als die in Längsrichtung gemessene Festigkeit.
Die »Querfestigkeit« wird folgendermaßen bestimmt: Man schneidet aus einer Mattenbahn quer zur Abzugsrichtung mit einer Bandsäge einen mindestens 5 cm breiten Streifen heraus und schneidet die Enden dieses Streifens derart ab, daß ein mindestens 25 cm langer Probestreifen übrigbleibt. Dieser Probestreifen wird in eine Zugprüfungsmaschine mit seinen schmalen Enden eingespannt und mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min auseinandergezogen. Dehnung und Reißkraft werden auf einem Schreiber festgehalten. Solange sich das Material nur dehnt, also keine Klebestellen zwischen der Fäden aufbrechen, steigt die Kraft-Dehnungskurve stetig an. Beim ersten bruch einer Klebestelle wird ein starker Abfall der Reißkraft beobachtet. Die vor diesem Abfall notierte Reißkraft (in Newton), bezogen auf die Breite des Streifens (in Meter), ist die gesuchte Querfestigkeit (in Newton/Meter).
Die bekannten Mattenbahnen besitzen eine Querfestigkeit von 200 bis 250 Newton/Meter bei einem Flächengewicht von 300 g/m2 bzw. von 380 Newton/ Meter bei einem Flächengewicht von 500 g/m2. Die flächengewichtsbezogene Querfestigkeit der bekannten Mattenbahnen liegen sämtlich unterhalb 1 Newtonmeter/Gramm. Durch spezielle Temperaturrührung bei der Herstellung dieser Mattenbahnen lassen sich allenfalls flächenbezogene Querfestigkeiten von etwa 1,23 Newtonmeter/Gramm erreichen.
Eine weitere Erhöhung der Querfestigkeit läßt sich bei gattungsgemäßen Mattenbahnen durch Imprägnieren mit beispielsweise Latex-Bindern erzielen. Eine solche Nachbehandlung ist äußerst kostenaufwendig. Trotzdem läßt sich auch hierdurch nur eine Steigerung
so der Querfestigkeit auf etwa 600 Newton/Meter bei einer 300 g/m2 schweren Matte bzw. auf weniger als '"H) Newton/Meter bei einer 500 g/m2 schweren Matte erzielen. Die erhöhte Querfestigkeit wird dabei durch eine Erhöhung des Flächengewichts um 110 bzw. 60 g/m2 durch den aufgebrachten Binder erkauft. Zugleich wird mit dem Binderdas (scheinbare) spezifische Gewicht der bekannten Mattenbahn erhöht, was sich beim Transport und Verlegen der Mattenbahnen nachteilig bemerkbar macht, und das ohnehin schon relativ
do geringe Füllvolumen reduziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mattenbahn der gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, welche ohne ein zusätzliches Bindemittel, lediglich durch erhöhte Schweiß- bzw. Klebeslellcn-
(,s festigkeit, eine erhöhte Querfestigkcil besitzt, so dal.! für bestimmte Einsalzzwccke die Flachengewichte reduziert werden können, sowie ein Herstellungsverfahren für diese Mattenhahn zur Verfugung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bei einer Mattenbahn der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie im bindemittelfreien Zustand eine flächengewichtsbezogene Querfestigkeit von mindestens 2 Newtonmete r/G ramm, vorzugsweise von mindestens 4 Newtonmeter/Gramm aufweist und daß sie waffelähnlich strukturierte Oberflächen sowie ein dickenbezogenes Flächengewicht von weniger als 50 000 g/m3, vorzugsweise von weniger als 40 000 g/m\ besitzt.
Die erfindungsgemäße Mattenbahn weist daher ein verhältnismäßig geringes (scheinbares) spezifisches Gewicht, also ein geringes dickenbezogenes Flächengewicht und ein dementsprechend hohes Füllvolumen auf. Durch die spezielle Strukturierung ihrer Oberflächen wird die Verfüllbarkeit der Matte verbessert.
Eine solche Mattenbahn kann beispielsweise hergestellt werden, indem die Schmelze eines synthetischen Polymeren durch eine Düse mit einer Vielzahl von Spinnöffnungen mit einem Durchmesser von mehr als etwa 0,2 mm in im wesentlichen senkrechter Richtung auf ein im Abstand von der Düse angeordnetes bewegtes Siebband oder eine Siebtrommel mit hinreichend großen Öffnungen und schmalen Stegen ausgesponnen wird, so daß die Fäden - im wesentliehen senkrecht auftreffend - sich auf den Stegen derart ablegen, daß sie in den Öffnungen durchhängen, wobei sie an ihren Kreuzungsstellen miteinander verschweißen. Die so gebildete Mattenbahn wird nach ihrem Abkühlen von der bewegten Fläche abgenommen und - ohne ein Kühlbad zu passieren - einer Aufwicklung bzw. Ablage zugeführt.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren, für welches selbständiger Patentschutz begehrt wird, geht von dem aus der DE-OS 19 22 460 bekannten Verfahren aus. Bei diesem Verfahren erfolgt die Herstellung der Mattenbahn durch Auspressen einer Schmelze eines synthetischen Polymeren durch eine Düse mit einer Vielzahl von SpinnöfTnungen mit einem Durchmesser von mehr als clwa 0,2 mm in im wesentlichen senkrechter Richtung auf eine im Abstand von 3 bis 20 cm, vorzugsweise von 3 bis 9 cm zur Düse angeordnete bewegte Fläche, wobei die aus den SpinnöfTnungen austretenden Fäden sich auf dieser Fläche unter stellenweiser gegenseitiger Überkreuzung ab- 4S legen und an ihren Kreuzungsstellen miteinander verschweißen. Abnehmen von der bewegten Fläche und unmittelbar nachfolgendes Aufwickeln bzw. Ablegen der gebildeten, abgekühlten Mattenbann. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, ^0 daß die bewegte Fläche ein Höckerprofil aus etwa 5 bis 70 mm hohen Höckern aufweist und gekühlt ist und daß die Mattenbildung derart durchgeführt wird, daß die austretenden Fäden sich auf der bewegten Fläche auf und zwischen den Höckern ablegen. 5S
Die angegebenen Grenzen tür den Abstund Düse bewegte Fläche gelten ab Oberkante der Hocker des Höckerprofils. Sie haben insofern eine kritische Bedeutung, als innerhalb dieser Grenze keine Beheizung der Fallstrecke erforderlich ist. Bei Abständen knapp f,0 oberhalb 20 cm kann mit an sich bekannten (US-PS 36 86049) lleizmaßnahmen auch noch eine befriedigende Querfcstigkeit er/ielt werden, bei wesentlich größeren Abständen jedoch wird das erfindungsgemaM gesetzte Ziel nicht mehr erreicht. ^
Die bewegte Flüche kann eine Walze, eine Trommel oder ein Förderband sein, auf deren Oberfläche vorzugsweise in gleichmäßiger Verteilung - Hocke.-befestigt sind, deren Höhe - von vorzugsweise 5 bis 70 mm - die Dicke der Mattenbahn bestimmt. Die Hocker können Kegelstümpfe, Pyramidenstümpfe, Nägel oder Schrauben mit ausgeprägten Köpfen oder andere Elemente sein, welche in der Oberfläche der Walze, Trommel, Förderbänder od. dgl. befestigt sind. Man kann ein geeignetes Höckerprofil auch dadurch herstellen, daß man die Walze, Trommel, Förderbänder od. dgl. mit einem Belag versieht, in den man durch Fräsen od. dgl. ein Netz von beispielsweise V-förmigen Nuten eingearbeitet hat. So läßt sich leicht ein aus viereckigen Pyramidenstümpfen bestehendes Höckerprofil herstellen, mit dem eine Mattenbahn mit waffelähnlich strukturierter Oberfläche hergestellt werden kann.
Wichtig ist, daß die Hocker - sei es durch eine waagerecht verlaufende Oberseite, wie beim Pyramidenstumpf, sei es, beispielsweise bei einem Kegel, durch die Auswahl eines Werkstoffes mit rauher Oberfläche - den praktisch senkrecht auf die bewegte Fläche auftreffenden Fäden genügend Widerstand bieten, daß ein Teil der Fäden oben auf den Höckerspitzen liegen bleibt. So entsteht ein dreidimensionales Flächengebilde mit einem besonders hohen Hohlraumanteil, der mehr als 95% betragen kann. Entsprechend gering ist das dickenbezogene Flächengewichl.
Der Abstand der Hocker untereinander soll hinreichend groß sein, damit die Fäden zwischen den Höckern möglichst bis auf die Oberfläche der Walze, Trommel od. dgl. durchhängen und auch dort Verschweißungsstellen bilden können. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Höckerprofil eine Höckerdichte von 16 bis 150 Höckern pro Quadratdezimeter aufweist. Bei Mattendicken von 10, 15 bzw. 25 mm haben sich Höckerdichten von etwa 120, 65 bzw. 50 Höckern pm Quadratdezimeter besonders bewährt.
Die erfindungsgemäß durch Erhöhung der Verschweißstellenfestigkeit erhöhte Querfestigkeit läßt sich noch weiter erhöhen, indem man die Zahl der Verschweißstellen erhöht. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß die Zahl der SpinnöfTnungen und/oder das Verhältnis der Spinngeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der bewegten Fläche (= Mattenabzugsgeschwindigkeit) erhöht werden. Beide Maßnahmen führen jedoch zu einer unerwünschten Erhöhung des Flächengewichts. Es hat sich gezeigt, daß man bei sonst gleichbleibenden Arbeitsbedingungen, also auch gleichbleibendem Flächengewicht, die Zahl der Verschweißstellen und damit die Querfestigkeit erheblich erhöhen kann, wenn die bewegte Fläche in an sich bekannter Weise quer zu ihrer Bewegungsrichtung changiert. Die Changierung kann beispielsweise eine Amplitude von etwa 3 bis 10 mm und eine Frequenz von etwa 80 bis 300 pro Minute besitzen.
Durch das Changieren der bewegten Fläche lassen sich um den Faktor 2 und 3 höhere llächengewichtsbezogene Querfestigkeiten erzielen.
Die erfindungsgemäßen Mattenbahnen lassen sich aus praktisch allen gängigen schnTMzspinnbaren Polymeren herstellen, beispielsweise aus Polyestern, vorzugsweise Polyethylenterephthalat, aus Polyolefinen, vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen, aus Polyamiden, vorzugsweise Polycaprolactam, aus PoIvvinylchlor'd oder aus Polycarbonaten. Die Polymeu können durch Zusätze von Stabilisatoren od. dgl. in an sich bekannter Weise modifiziert sein; insbesondere können für Mattenbahnen, die im Freien lagern oder
verlegt werden sollen (Böschungsschutz, Wasserbau), UV-Stabilisatoren zugesetzt werden, beispielsweise 0,2 bis 1,0 Gew.-% Ruß, die einen Verlust der Querfestigkeit auch bei längerer Sonneneinstrahlung verhindern.
Die erfindungsgemäße Mattenbahn besitzt gegenüber den herkömmlichen, in ein Wasserbad gesponnenen Mattenbahnen eine höhere Polymerdichte, was auf einen teilkristallinen Zustand des Polymeren hinweist. Bei Polycaprolactam-Mattenbahnen beispielsweise ivurden mittlere Dichten von etwa 1,14 g/cm3 ,0 ermittelt, während in ein Wasserbad gesponnene Polycaprolactam-Mattenbahnen eine mittlere Dichte von nur etwa 1,12 g/cm3 besitzen.
Es lassen sich Flächengewichte von etwa 100 g/m2 aufwärts erzielen, wobei der Bereich von 200 bis 1000 g/m2 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Resultate im Hinblick auf die Zielsetzung bringt. Höhere Flächengewichte oder Matten von besonders großer Dicke lassen sich erzJslen, wenn in an sich bekannter Weise aus einer zweiten Düse, die in einem solchen Abstand zur ersten Düse angeordnet ist, daß die auf der bewegten Fläche gebildete Mattenbahn bereits weitgehend abgekühlt ist, auf diese Mattenbahn eine zweite Lage von sich ebenfalls stellenweise überkreuzenden und an ihren Kreuzungsstellen fest miteinander verschweißenden Fäden gesponnen wird.
Besonders schwere oder dicke Matten lassen sich aber auch erzielen, indem z. B. zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgefertigte Matten unterhalb einer Spinndüse, in einem Abstand von einigen Zentimetern zueinander, gegeneinander zu- und anschließend parallel zueinander von der Spinndüse fortgeführt werden und in den Zwischenraum Makrofile cingesponnen werden, wodurch die beiden Matten miteinander verbunden werden.
Die erfindungsgemäßen Mattenbahnen können durch geeignete Auswahl des Höckerprofils und des Flächengewichts unterschiedlichste Griffeigenschaften besitzen. Sie können beispielsweise flexibel mit weichem Griff oder brettartig mit einem sehr harten Griff sein. Für die meisten Zwecke wird - auch wegen der Möglichkeit, sie aufzurollen - eine mäßig biegsame Mattenbahn bevorzugt.
Die erfindungsgemäße Mattenbahn läßt sich - abhängig u. a. von der Spinngeschwindigkeit, vom gewünschten Flächengewicht, von der Polymerart - mit einer Abzu^sgeschwindigkeit von etwa 2 bis 10 m/min herstellen. Sie wird von der bewegten Fläche abgenommen, wenn sie hinreichend abgekühlt ist, um eine Verformung der Matte zu vermeiden.
Es ist möglich, die erfindungsgemäße Mattenbahn auf zahlreiche, an sich bekannte Weisen zu modifizieren. So kann die Mattenbahn beispielsweise auf eine gitterförmige Armierung, beispielsweise ein Drahtgewebe mit der gleichen Teilung wie das Höckerprofil, gesponnen und/oder mit Folien, Vliesstoffen od. dgl. ein- oder beidseitig kaschiert werden, je nach Verwendungszweck.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Aus- ()0 führungsbeispiele erläutert.
Beispiele 1 bis 3
Aus einer Spinndüse mit 114 Spinnöffnungen (Durchmesser 0,40 bzw. 0,25 mm) wird Polypropylen (,5 auf eine im Abstand von 10 cm /ur Spinndüse angeordnete Walze gesponnen, welche mit einer Frequenz von 150/min um 6 mm changiert. Das Höckerprofil besteht aus vierseitigen Pyramidenstümpfen. Maschineneinstellungen und Matteneigenschaften sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
Tabelle I
Beispiel Nr.
1		 2 0,25
Düsenlochdurch- 0,40 0,40
messer |mm] 604
Schmelze 342 342
förderung [g/min] 2,1
Oberflächen 3,3 3.0
geschwindigkeit
der Matte [m/min] 66
Höckerdichte 126 66
[Höcker/dm2] 533
Flächengewicht
(e/nvl		 305 325 1460
l&' lu J
Querfestigkeit		 1163 1244
[N/m] 2.84
Flächengewichts- 3,81 3,83
bezogene Quer
festigkeit [Nm/g] 36 500
Dickenbezogenes 30500 20 200
Flächengewicht
[g/m3] 14,6
Mattendicke 10 14.5
Iniml
Beispiele 4 bis 7
Aus verschiedenen Spinndüsen wird Polycaprolactam auf eine 9 cm von der Spinndüse entfernte, mit einer Oberflächengeschwindigkeii von 4 m/min drehende, um 6 mm mit einer Frequenz von 150/min changierende Profilwalze versponnen. Die Maschineneinstellungen und Matteneigenschaften si.id aus Tabelle II zu entnehmen.
Tabelle II Beispiel Nr.
4 5 6 7
Zahl der Spinn- 164 164 270 10 229 ι auf eine
öffnungen
Spinnöffnungs- 0,25 0,25 0,25 0,25
durchmcsser [mm]
Schmelze- 261 415 415 415
lörderung [g/min]
Flächengewicht 220 340 340 340
[g/m2]
Querfestigkeit 840 1430 1850 2030
[N/m]
Fläche ngewichts- 3,82 4,21 5,44 5,99
bezogene Quer
festigkeit [Nm/g]
Mattendicke 10 10 10 10
[mm]
Diekenbezogencs 22 000 34 000 34 000 34 000
Flächengcwicht
ig/m3]
Beispiel e 8 bis
Aus einer Spinndüse mit 270 SpinnölTnungen
(Durehmesser 0,25 nun) wird Polycaprolactan
im Abstand von 12 cm von der Spinndüse angeordnete, mit 4 m/min drehende Profilwalze (\ orseitig Pyramidenstümpfe) ausgesponnen. Die Prolllwal/e changiert nicht. Sie besitzt eine Höckerdichte von 126 bzw. 66 Höckern pro Quadratdezinieter. Die Matteneigenschaften sind aus Tabelle III zu entnehmen.
Tabelle 111
Beispiel Nr. 8 'J
lü
Höckerdichte 126 66 66
[Höcker/dm2]
Flächengewichi 300 400 500
[g/nr'l
Querfestigkeit 850 2010 3070
[N/m]
Flächengewichts- 2,83 5,03 6,15
bezogene Qucr-
lestigkeit [Nm/g]
Mattendicke [mm) 10 15 15
Dickenbezogenes 30 000 26 700 33 400
Flächengewicht
[g/nr'l
Beispiele 11 bis 13
Beispiele 8 bis K) werden wiederholt mil dem Unterschied, daß die Profilwalze mit einer Frequenz von 150/min um 6 mm changiert. Die Matteneigcnschal'ten sind Tabelle IV zu entnehmen.
Tabelle IV
Beispiel Nr. 11 12
1.1
Flächengewicht 300
400
500
Querlestigkeit 2480 5130 6170
|N/m|
Flächengewichts- 8,27 12,82 12,35
bezogene Quer-
festigkeit [Nm/g]
Man erkennt, daß durch das Changieren der Profilwalze eine Erhöhung der Querfestigkeil· um den Faktor 2 bis 3 erzielt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Mattenbahn mit einer Dicke von etwa 5 bis 70 mm, bestehend aus einer Vielzahl von aus synthetischen Polymeren schmelzgesponnenen, sich stellenweise überkreuzenden und an den Kreuzungsstellen miteinander verschweißten Fäden mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1,5 mm, dadurch gekennzeichnet, daß sie im bindemittelfreien Zustand eine flächengewichtsbezogene Querfestigkeit von mindestens 2 Nm/g, vorzugsweise von mindestens 4 Nm/g, aufweist und daß sie waffelähnlich strukturierte Oberflächen sowie ein dickenbezogenes Flächengewicht von weniger als 50 000 g/m3, vorzugsweise von weniger als 40 000 g/m3, besitzt.
2. Verfahren zur Herstellung einer Mattenbahn nach Anspruch 1 durch Auspressen einer Schmelze eines synthetischen Polymeren durch eine Düse mit einer Vielzahl von SpirmöfFnungen mit einem Durchmesser von mehr als etwa 0,2 mm in im wesentlichen senkrechter Richtung auf eine im Abstand von 3 bis 20 cm, vorzugsweise von 3 bis 9 cm zur Düse angeordnete bewegte Fläche, wobei die aus den Spinnöffnungen austretenden Fäden sich auf dieser Fläche unter stellenweiser gegenseitiger Überkreuzung ablegen und an ihren Kreuzungsstellen miteinander verschweißen, Abnehmen von der bewegten Fläche und unmittelbar nachfolgendes Aufwickeln bzw. Ablegen der gebildeten, abgekühlten Mattenbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Fläche ein Höckerprofil aus etwa 5 bis 70 mm hohen Höckern aufweist und gekühlt ist und daß die Mattenbildung derart durchgeführt wird, daß die austretenden Fäden sich auf der bewegten Fläche auf und zwischen den Höckern ablegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Fläche in an sich bekannter Weise quer zu ihrer Bewegungsrichtung changiert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Höckerprofil eine Höckerdichte von 16 bis 150 Höckern pro Quadratdezimetern aufweist.
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