DE29503962U1 - Verbundstoff zur Herstellung von Sportbällen sowie als wasserdichtes und atmungsaktives Schuhobermaterial - Google Patents

Description

Verbundstoff zur Herstellung von Sportbällen sowie als
wasserdichtes und atmungsaktives Schuhobermaterial

Die Erfindung betrifft einen Verbundstoff zur Herstellung von Sportbällen sowie als wasserdichtes und atmungsaktives Schuhobermaterial, der aus mehrern Lagen besteht, wobei als äußerste Schicht eine abriebfeste Kunststoffschicht, als mittlere Schicht eine Schicht aus Spinnfaservlies und als innere Schicht eine flexible
Vliesschicht vorgesehen ist.

Verbundstoffe für die Herstellung von Sportbällen sind bekannt, wobei als äußerste Schicht eine abriebfeste Kunststoffbeschichtung und als innere Schicht eine elastische Kunststoffschicht, eine Gewebeschicht oder eine Filzbzw. Vliesschicht vorgesehen ist, wobei gegebenenfalls auch mehrere solcher Schichten vorgesehen sein können (vgl. DE 27 23 625-C2, DE-U-18 72 725, DE 24 56 071-Al, DE-U-75 02 670, EP-03 05 595-Al, DE-U-82 07 404.6, DE-29 50 620-Al). Das wesentliche Problem bei Verwendung derartiger Materialien für solche Sportbälle besteht insbesondere darin, daß bei starkem Innendruck durch die mit Preßluft aufgeblasene innere Gummiblase die Formstabilität der Hülle nicht erreicht wird, ein derartiger Ball ohne spezielle Lamination auf der innersten Schicht keine perfekte gleichmäßige Rundung aufweist, oder ein auf Präzision gearbeiteter Ball mit der Zeit instabil wird und seine Rundung verliert. Der Grund liegt in einer unzureichenden Zugstabilität der inneren Schicht bzw. Schichten

insbesondere bei Verwendung von Vliesen und Filzen und/- oder in einer Richtungsabhängigkeit der Dehnung bei Verwendung von Gewebeunterlagen.

Es war daher bisher erforderlich, bei solchen Hüllen mehrlagige Gewebe aus Baumwolle, Viskose, Polyamid oder Polyester zwischenzulegen, wobei die Einzelgewebe aufwendig im 45" Winkel gegeneinander verlegt wurden, um die multidirektionale Stabilität zu bewirken; oder eine spezielle Atlasbindung des Gewebes vorzusehen, um die Gewebe in sich zu verfestigen.

Eine ideale isotrope Dehnung der Stütz- und Verfestigungsschichten läßt sich aber auch auf diese Weise nicht erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundstoff vorzuschlagen mit dem derartige Sportbälle, die aus mehreren Stücken zusammengenäht oder verschweißt sind und eine innere Gummiblase umfassen, bei dem vorgesehenen Innendruck der Gummiblase eine genaue kugelförmige Rundung erreichen und bei starker Beanspruchung nicht instabil werden und dabei eine dauerhafte weiche Sprungelastizität aufweisen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst und durch die der Unteransprüche gefördert.

Als äußere Schicht wird ein abriebfester Kunststoff, wie Polyurethan, Siliconkautschuck, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polyacrylat oder auch eine Gummi— Latex-Schicht verwendet. Dadurch, daß mit der äußersten, das Aussehen, die Festigkeit und Elastizität bewirkenden

Kunststoffschicht eine nach allen Richtungen eine gleichmäßige Dehnung und Reißfestigkeit aufweisende zweite
Schicht aus Spinnfaservlies verbunden ist, wird eine
Gleichmäßigkeit des Verbundes bewirkt. Durch die mit der zweiten Schicht verbundene innerste Schicht, die aus einem Stapelfaservlies besteht, wird die gewünschte lederartige Elastizität erreicht.

Durch die nach allen Richtungen gleichmäßig geringe Dehnung und hohe Reißfestigkeit des Spinnfaservlieses der zweiten Schicht, kann sich das elastische Material der äußeren Schicht, bedingt durch den Innen-Pressdruck der aufgepumpten Bälle, kontrolliert und absolut gleichmäßig dehnen. Die Rundung und Präzision der Bälle wird durch dieses Korsett absolut formstabil gehalten und das Material der äußeren Schicht hat keine Möglichkeit sich ungleichmäßig auszudehnen oder zu verziehen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von solchen Materialien liegt in der leichten Verarbeitung, da das Material kantensauber geschnitten und vernäht werden kann.

Spinnfaservliese sind seit längerer Zeit bekannt und werden im Fahrzeugbau, zur Teppichherstellung, im Hoch- und Tiefbau, für Dachbahnen, in der Filtertechnik, Elektronikindustrie, Tapetenherstellung, Gartenbau und Landwirtschaft eingesetzt. Ihre hohe Reiß- und Stoßfestigkeit, Dimensionsstabilität bzw. Temperaturbeständigkeit, Durchlässigkeit, Beständigkeit und thermische Verformbarkeit machen sie für all diese Anwendungen geeignet. Solche Vliese werden hergestellt, indem man faserbildende Kunststoffe, beispielsweise Polyamid, Polyester, Polyolefine, PVC oder Polystyrol verspinnt und die dünnen Fäden endlos in Wirrlage ablegt und zu Schichten verfestigt, indem man entweder unter Druck und Wärme eine Verschweißung der

Kreuzungspunkte der Filamente oder durch Aufsprühen einer Bindemittellösung eine Verklebung derselben herbeiführt (vgl. DE 13 03 891-B1).

Ferner ist eine innere oder dritte Schicht aus einem geeigneten Stapelfaservliesstoff vorgesehen, die einen
Druckausgleich zwischen der inneren preßluftgefüllten Gummiblase und der äußeren Hülle bewirkt und eine gewisse Dämpfung der Elastizität erreicht, so daß die Hülle in ihrem Verhalten einer Lederhülle entspricht.

Die Erfindung bringt den wesentlichen Vorteil, daß ein mit solchem Material hergestellter Sportball eine optimale Rundung· bei stärkster Beanspruchung erreicht. Stabilitätserhöhend wirkt sich dabei aus, daß die äußere Beschichtung in plastischer Form direkt auf der zweiten Schicht aus Spinnfasermaterial aufgetragen ist und damit eine innige Verbindung zwischen den beiden Schichten erzielbar ist. Zusätzlich wird erreicht, daß Bälle, welche in diesem Aufbau gefertigt werden, mit höherem Druck aufgepumpt werden können, ohne dabei die Form und Präzision zu verlieren. Die Nahtstellen der Bälle halten überdurchschnittlich lange Zeit und reißen nicht aus, wenn man das Vlies stark genug auslegt. Die Bälle, welche mit diesem Aufbau gefertigt werden, halten auch bei Dauereinsatz die Formstabilität, denn durch völlig isotrope Dehnung des Vlieses haben die Bälle keine Möglichkeit, sich zu verziehen und unrund zu werden.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist der Aufbau des Verbundstoffes in einem Teilquerschnitt entsprechend den Konturen eines Sportballes dargestellt. Ausgehend von einer äußeren
Schicht 1 aus einem hochabriebfesten Material, z.B. auf der Basis von Polyurethan ist eine zweite Spinnfaservliesschicht 2 vorgesehen, die multidirektional eine gleichmäßige Dehnung und Reißfestigkeit besitzt. Dieses Vlies nimmt die von dem Innendruck der Gummiblase 4 erzeugte Druckspannung auf. Dadurch wird der Ball formstabil gehalten. Diese Eigenschaften eines Materials werden von den verschiedensten Vliesmaterialien erfüllt, wie beispielsweise Polyester, Viskosepolyester, Polyamid, Copolymere aus anderen Kunststoffen und dergleichen. Als Maß für die Reißfestigkeit kann von Größenordnungen von 10 bis 1000 N/5 cm ausgegangen werden.

Dieses Spinnfaservlies wird direkt auf eine innerste
Schicht 3 aufgebracht, wobei diese Schicht aus weichen und unstabilen, d.h. nicht in sich verfestigten, Stapelfaservliesstoffen besteht. Diese Schicht 3 hat die Aufgabe, die gewünschte Sprungdämpfung und das benötigte Gewicht des Balles zu erzeugen und auch die Spieleigenschaften für ein gutes Ballgefühl und eine gute Ballführung. Diese innerste Schicht 3 kann aus den verschiedensten kurzfaserigen Vliesmaterialien bestehen, wie beispielsweise aus Mikrofaservliesstoffen, coagulierten Vliesstoffen, poromerischen Vliesstoffen, Polyestervliesstoffen, Polyamidvliesstoffen, Filzen, Lederfaserstoffen, Glasfaservliesstoffen, Synthesekeramikfaservlies, und dergleichen.

Erst durch diese Verbindung eines stabilen, multidirektional gleichmäßig dehnbaren Spinnfaservlieses mit dem nachgiebigen, aus kurzen Stapelfasern bestehenden Vlies ergibt

sich das optimale Verhalten. Das Verbinden der Schichten 2 und 3 kann z.B. mit Hilfe eines Polyurethan-Klebers erfolgen oder bei Verwendung entsprechender Materialien auch durch Verschweißen bzw. Anwendung eines Gummiklebers und Vulkanisieren. Besonders bevorzugt ist ein Verbund durch Vernadeln der beiden Materialien.

Es ist ferner bevorzugt, das Spinnfaservlies der Schicht 2 direkt als Träger zu benutzen, auf dem die Stapelfasern, aus denen die Vliesschicht 3 in bekannter Weise gebildet wird, abgelagert werden, um danach zu dem Vlies verdichtet zu werden.

Zum Verbinden von Spinnfaservlies und kurzfaserigem Vlies wird vorzugsweise eine Emulsion aus einem Natur- oder Synthese-Kautschuk, welche ein Silicon- oder Fluorcarbon--Hydrophobierungsmittel und ggf. ein Urethan oder Acrylat als Haftvermittler enthält, benutzt. Dieser Kleber bewirkt beim Eintrocknen und Vulkanisieren, ggf. durch Selbstvernetzung, eine feste Bindung an den Faserkontaktstellen der Schichten, ohne jedoch die Porösität und Gasdurchlässigkeit wesentlich herabzusetzen. Durch die enthaltenen Hydrophobierungsmittel, die in den Kautschuk eingebunden werden, wird im gleichen Arbeitsgang das Vlies gegen Eindringen von flüssigem Wasser geschützt. Überraschenderweise läßt sich ein so vorbehandeltes Material trotz der Hydrophobierung noch mit der Polyurethanschicht 1 und ggf. mit unter das Vlies zu klebenden Verstärkungs- oder Beschwerungsgeweben oder -folien verkleben. Die Materialien besitzen eine gute Elastizität auch in der Kälte.

Bei der Herstellung der Verbundmaterialien hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zunächst die Spinnfaserschicht und die innere Vliesschicht miteinander zu verbinden und da-

nach die äußere Kunststoffschicht entweder als härtbare Dispersion

wäßriger Polyurethane
zweikomponentiger Polyurethane
Polyurethan auf High-Solid Basis

oder als thermoplastisches Pulver oder als vorfabrizierte Folie aufzubringen und durch Einwirkung von Wärme, entweder in einem Schmelzofen oder durch Infrarotstrahler zu verfestigen. Der Kunststoff durchdringt auf diese Weise teilweise die folgende Schicht, wodurch eine besonders feste Verbindung erreicht wird. Entsprechende Techniken sind für die Herstellung anderer Verbundwerkstoffe bekannt. Weniger bevorzugt aber ebenfalls möglich ist eine Verbindung über ein Bindemittel, beispielsweise einen Latex- oder Silicon-Kautschuk-Kleber.

Besonders bevorzugt ist es, das Spinnfaservlies auf der Oberseite mit einer dünnen (0,2-lmm) und auf der Unterseite mit einer dickeren (l-5mm) Schicht aus Stapelfaser zu versehen, welche bevorzugt durch Vernadeln miteinander verbunden sind, und diesen Schichtverbund mit der obigen Kautschuk / Hydrophobierungsemulsion zu tränken (20-40 Gew.-%), den Verbund im Ofen zu vulkanisieren, oberflächliche Rauhigkeiten abzuschleifen und erst danach mit der Schicht 1 zu verbinden. Die dünne, überwiegend wieder abgeschliffene Deckschicht ergibt so eine besonders glatte Unterlage für den Kunststoff, wird aber noch ausreichend durchsetzt, um die Haftung der Spinnfaserschicht zu ermöglichen.

Die äußere Schicht weist vorzugsweise eine lederähnliche Narbung ihrer Oberfläche auf, die in üblicher Weise bei

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der Herstellung mit einer entsprechend gemusterten Prägewalze eingeprägt oder über eine Releasepapierbeschichtung aufgebracht wird.

Da durch die Nähte der mit dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial hergestellten Produkte und teilweise auch durch Poren der Deckschicht, Wasser in das Innere eintreten kann, welches sich kapillar in den Vliesschichten verteilt, hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, durch eine Hydrophobierung dieser Materialien ein Eindringen von Wasser zu verhindern. Das Material wird dadurch 100% wasserdicht und nimmt auch bei Nässe nicht an Gewicht zu.

Als Hydrophobierungsmittel sind Lösungen oder Emulsionen von bekannten Produktgruppen, wie Aluminium- und Zirkonsalzen, höheren Fettsäuren, fettsäuremodifizierten Melaminen sowie bevorzugt von Siliconen, Fluorsiliconen und Fluorcarbonharzen geeignet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zuvorgenannten Komponenten mit Polyurethan-Dispersionen zvi kombinieren oder eine Hydrophobierung ganz auf Dispersionsbasis durchzuführen. Überraschenderweise lassen sich so hydrophobierte Materialien noch mit Polymeren beschichten bzw. verkleben.

Die Hydrophobierungsmittel können entweder nach der Herstellung des Verbundwerkstoffes aufgebracht werden oder die Vliese vor der Laminierung mit dem äußeren Kunststoffbelag damit imprägniert werden. Eine vorherige Imprägnierung erweist sich als vorteilhaft, wenn das Hydrophobierungsmittel mit einem Lösungsmittel aufgebracht wird, in dem die äußere Hülle angelöst werden könnte. Eine nachträgliche Imprägnierung ist notwendig, wenn das Hydrophobierungsmittel die Haftung zwischen äußerer Kunststoff-

hülle, Spinnfaservlies und/oder Unterlegvlies beeinträchtigen würde. Geeignete Haftvermittler können für solche Fälle eingesetzt werden. Da die Hydrophobierungsmittel die Poren im Vlies nicht füllen, sondern nur die Fasern dünn überziehen, bleibt das Material luftig und atmungsaktiv selbst bei größter Nässe.

Aus diesem Grund wird das Material vorzüglich als Schuhobermaterial eingesetzt. Da für Schuhobermaterial, bzw. für spezielle Bälle diese extern geringe isotrope Dehnung, bedingt durch das Spinnfaservlies, von Nachteil ist und man ggf. eine größere Dehnung bevorzugt, aber gleichzeitig bei Sportbällen auf eine exakte isotropische Dehnung nicht verzichtet werden kann, muß das Material speziell zweischichtig aufgebaut werden. Dabei kann die Schicht aus Spinnfaservlies entfallen. Dies gilt auch für preiswerte Sportbälle, bei denen eine größere Dehnung und Toleranzen in Kauf genommen werden können. Das Stapelfaservlies wird auf eine ganz spezielle Art und Weise produziert, wie folgt kurz beschrieben.

Im Gegensatz zum klassischen Stapelfaservlies, bei welchem die Fasern grundsätzlich mechanisch orientiert werden, ebenfalls bedingt durch die mechanische Bestückung der Vliese mit Fasern beim Produktionsprozess, weisen solche Nadelvliese immer unterschiedliche physikalische Werte in längs und quer auf. Dieser, für diesen spezifischen Einsatzbereich negative Effekt wird durch eine 100% ige pneumatische Bestückung des speziellen Vliesmateriales mit Fasern neutralisiert, d.h., die einzelnen Fasern werden mit Luft verwirbelt und setzen sich dabei ganz gleichmäßig in multidirektional orientierter Richtung zu einem Vlies ab, ohne daß dabei ein mechanischer Prozess diese isotrope Verteilung der Fasern stört.

Dabei werden die Kontaktpunkte zwischen den einzelnen Fasern {Faserkreuzungen) absolut gleichmäßig verteilt, das Vlies wird dichter, was gleichzeitig eine deutliche Verbesserung der Vliesstruktur mit sich bringt. Dieser Verbund wird dann durch Vernadeln verfestigt.

Dieser spezielle Vliesaufbau weist bei der Vliesbindung z.B. mit Latex und Vulkanisation sowie bei der Effektivität der Hydrophorbierungs-Emulsion wesentliche zusätzliche Vorteile auf.

Es bietet sich daher auch sehr vorteilhaft an, ein solches speziell produziertes Stapelfaservlies in Kombination mit einem Spinnfaservlies als dreischichtiges Material zu verwenden, um im Verbund in jeder einzelnen Schicht perfekte isotropische Werte zu erzielen.

Der besondere Effekt, daß ein solches 100% iges hydrophorbiertes Vliesmaterial sich noch mit Polymeren beschichten läßt und man dabei eine hervorragende Haftung erzielen kann, stellt in sich einen Widerspruch dar. Aber diese Erkenntnis der Möglichkeit, mit einer solchen Hydrophorbierung, macht das Material erst einsatztauglich und verhindert einen Schwamm-Effekt bei Regen und Schnee. Das Synthese-Material fördert ein optimales Fußklima, die Füße bleiben trocken und schwitzen nicht. Ebenfalls kann man als Nebeneffekt bei einer Hydrophobierung auf der Basis von Fluorcarbon eine besonders weiche und geschmeidige Art von Synthese-Material produzieren, welches an ein Fettbzw. Ziegenleder erinnert.

Weiterhin sollen die Sportbälle in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar sein, beispielsweise zwischen -10 und + 50° C. Um insbesondere bei tiefen Temperaturen ein

Verspröden der Kunststoffe zu verhindern kann es daher vorteilhaft sein, an sich bekannte Weichmacher (Phthalsäureester, Adipate etc.) zuzusetzen. Um eine Migration der meist öligen Weichmacher im Verbund zu inhibieren, ist es ferner möglich, diese mit dem Synthesematerial zu vernetzen oder anzukondensieren.

Da für die verschiedenen Arten von Sportbällen (Fußball, Handball, Volleyball etc.) eine unterschiedliche Größe, ein unterschiedliches Gewicht und ein unterschiedliches Sprungverhalten gefordert wird, ist es bei einem nicht speziell an den Verwendungszweck angepaßten Verbundstoff eventuell notwendig, durch Einfügen weiterer Vlies- oder Gewebeeinlagen zwischen Hülle und Gummiblase, diese Eigenschaften einzustellen.

Claims (7)

Schutzansprüche

1) Verbundstoff zur Herstellung von Sportbällen sowie als wasserdichtes und atmungsaktives Schuhobermateral aus einem mehrlagigen Verbundstoff dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht (1) eine abriebfeste Kunststoffschicht ist j welche mit einer nach allen Richtungen eine gleichmäßige Dehnung und Reißfestigkeit aufweisenden zweiten Schicht (2) aus Spinnfaservlies verbunden ist, die mit einer innersten Schicht (3) aus einem Stapelfaservliesmaterial verbunden ist.

2)Verbundstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (2) eine Längs- und Querreißfestigkeit von 10 bis 1000 N/ 5 cm aufweist und aus Fasern von Polyester, Viskosepolyester, Polyamid oder Copolymeren aus anderen Kunststoffen besteht.

3)Verbundstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht (1) aus Polyurethan, Siliconkautschuck, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polyacrylat oder auch einer Gummi-Latex— Schicht besteht.

4)Verbundstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (1) auf die Schicht (2) als härtbare Dispersion oder thermoplastische Masse aufgebracht wird.

5)Verbundstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapelfaservliesstoff der innersten Schicht (3) aus Mikrofaservliesstoffen, coagu-

lierten Vliesstoffen, poromerischen Vliesstoffen, Polyestervliesstoffen, Polyamidvliesstoffen, Filzen, Lederfaserstoffen, Glasfaservliesstoffen, Synthesekeramikfaservlies und dergleichen besteht.

6) Sportbälle bestehend aus miteinander zu einer Hülle vernähten Teilen aus einem Verbundstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer aufblasbaren inneren Gummiblase (4) .

7) Sportbälle gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülle und der Gummiblase weitere Folien, Vlies- oder Gewebeschichten angeordnet sind.