DE69120099T2

DE69120099T2 - Thermoformbare Verbundfolie

Info

Publication number: DE69120099T2
Application number: DE69120099T
Authority: DE
Inventors: Dimitri Peter Zafiroglu
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: AU631339B2; EP0443541A3; EP0443541B1; HK1004262A1; AU7121291A; EP0443541A2; JPH04216047A; US5075142A; SG49888A1; DE69120099D1; US5635271A; KR910021301A; KR0169993B1; JP3004066B2; BR9100664A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Verbundfolie zur Verwendung beim Thermoformen von Formartikeln. Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Verbundfolie, die eine Schicht aus thermoplastischem Polymer und ein spezielles elastisches Faservlies-Nähgewirk umfaßt und thermisch zu einheitlicheren Erzeugnissen mit leichterem Gewicht geformt werden kann, als sie thermisch mit der gleichen Schicht aus thermoplastischem Kunststoff hätte geformt werden können, wenn die Textilstoffschicht weggelassen wäre.

Beschreibung des Standes der Technik

Herkömmliche Thermoformverfahren werden beschrieben von Lubin im "Handbook of Composites", Van Nostrand Reinhold Company, 1982, auf den Seiten 366 - 367. Zu diesem Thermoformverfahren gehören im allgemeinen die aufeinanderfolgenden Schritte (a) des Erhitzens einer thermoplastischen Folie, bis sie erweicht, (b) des Formens der erweichten Folie unter Einwirkung von Schwerkraft, Druck und/oder Unterdruck in einer Form und (c) des Abkühlens und Aushärtens der geformten Folie. Wird das Thermoformen angewandt, um eine Folie zu einem großen Artikel zu formen, wie zum Beispiel zur Innenfläche einer Badewanne, einer Duschkabine, eines Abflußbeckens, einer Kühltasche, einer Paddelboothülle oder dergleichen, muß die ther moplastische Folie eine starke Vergrößerung ihrer Fläche, oft um das Dreifache oder mehr, zusammen mit einer entsprechenden Verringerung ihrer Dicke erfahren. Je nach der Flächenveränderung und der Konstruktion der Form treten unter anderem oft unerwünschte dünne Stellen in dem Formartikel auf. Beim Thermoformen werden Bereiche der thermoplastischen Folie, die großen Veränderungen der Fläche oder raschen Änderungen der Konturen unterliegen, wie zum Beispiel die Ecken und die Ränder des Formartikels, oft übermäßig und ungleichmäßig dünn, was wiederum zu geringerer Schlagfestigkeit, geringerer Biegefestigkeit und größerer Brüchigkeit führt. Um diese übermäßige, ungleichmäßige Verdünnung auszugleichen, verstärkt der Former gewöhnlich diese Bereiche zusätzlich, indem er für das Thermoformen eine viel dickere thermoplastische Folie verwendet. Dadurch entsteht ein schwererer und teurerer Formartikel. Demgemäß ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein thermoformbares Folienmaterial zu schaffen, das einer unerwünschten Verdünnung bei diesen thermisch formenden Formverfahren widersteht.
Verbundfolien, die aus thermoplastischen Folien bestehen, die auf weitere Schichten von Kunststoffolien oder Folien aufkaschiert sind, sind für ihre Verwendung in Thermoformungsverfahren bekannt. Solche Verbundfolien werden zum Beispiel offenbart in dem USA-Fatent 4,415,519 (Strassel), dem USA-Patent 4,594,290 (Fischer et al.), der Europäischen Patentanmeldung 87103935.0 (Besozzi) und der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung 63-111050 (Makihata). Verbundfolien, die aus einer thermoplastischen Schicht und einem Textilstoff bestehen, sind ebenfalls bekannt für ihre Verwendung beim Thermoformen, wie zum Beispiel aus der Japanischen Patentmeldungsveröffentlichung 63-162238 (Iwasaki) und dem USA-Patent 4,298,643 (Miyagawa et al.). Miyagawa et al. offenbaren die Verwendung verschiedener Arten von Garnen (z. B. von Textur-, Spandex- und herkömmlichen Garnen) in einem speziellen Gewirk, das auf eine dünne thermoplastische Folie aufkaschiert wird, so daß eine zum Thermoformen geeignete Verbundfolie entsteht.
Kein thermoplastisches Formen betrifft das USA-Patent 4,773,238 des hier auftretenden Erfinders, sondern es offenbart ein elastisches Faservlies-Nähgewirk, das sich als Staubtuch, industrielles Putztuch, Isoliergewebe und dergleichen eignet. Ein elastischer Nähfaden verleiht dem Textilstoff bestimmte Elastizitätseigenschaften. Es werden verschiedene elastische Nähfäden und Substratzusammenset Zungen offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die oben erwähnten Probleme zu mildern, die beim Thermoformen von großen thermoplastischen Artikeln auftreten, wird mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte thermoformbare Verbundfolie von der Art geschaffen, die eine Schicht aus thermoplastischem Polymer aufweist, die mit einer Schicht aus relativ leichtem Textil stoff verklebt ist. Die Verbesserung besteht darin, daß die Textilstoffschicht ein elastisches Faservlies-Nähgewirk ist, das ein Formanpassungsvermögen (im folgenden definiert) bei 180 ºC im Bereich von 4 bis 9 aufweist, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 7.
Das Nähgewirk macht gewöhnlich nicht mehr als 20 % des Gesamtgewichts der Verbundfolie aus und liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 10 % desselben. Die Schichten können mit einem Klebstoff, mittels Thermofusion oder durch beides miteinander verklebt werden. Das bevorzugte Polymer für die thermoplastische Schicht ist Polymethylmethacrylat. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist jede Fläche des Nähgewirks mit einer Schicht aus thermoplastischem Polymer verklebt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Formartikel, die aus den thermoformbaren Verbundfolien hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird leichter verständlich unter Verweis auf die Zeichnungen, in denen:
Figur 1 ein Querschnitt durch eine thermoformbare Verbundfolie gemäß der Erfindung ist, bei der ein elastisches Faservlies-Nähgewirk 20 mit einer Schicht 30 aus thermoplastischem Polymer verklebt ist;
Figur 2 ein Querschnitt durch eine weitere thermoformbare Verbundfolie 10' gemäß der Erfindung ist, die zwei Schichten 30, 30' aus thermoplastischem Polymer aufweist, die mit der Unterseite und der Oberseite des elastischen Faservlies-Nähgewirks 20 verklebt sind; und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Form ist, die in den unten folgenden Beispielen dazu dient, Verbundfolien thermisch zu Formartikeln zu formen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die verbesserte thermoformbare Verbundfolie gemäß der Erfindung weist eine Schicht aus thermoplastischem Polymer auf, die mit einem leichten (d.h. relativ zu der thermoplastischen Schicht leichten) elastischen Faservlies-Nähgewirk verklebt ist. Die Verbundfolie kann thermisch geformt werden, indem sie auf Temperaturen erhitzt wird, bei denen das thermoplastische Polymer erweicht, und indem dann Druck aufgebracht wird, wie beim Formpressen oder beim Vakuumformen. Wird beim Thermoformen eine Spannung eingebracht, paßt sich das elastische Faservlies-Nähgewirk an die Konturen der Form an. Durch das Vorhandensein des elastischen Textilstoffs in der Verbundfolie wird offensichtlich die ungleichmäßige Verdünnung gemindert, die gewöhnlich in der thermoplastischen Schicht eintritt, wenn kein elastischer Textilstoff vorhanden ist.
Für die Polymerschicht in der thermoformbaren Verbundfolie gemäß der Erfindung sind herkömmliche thermoplastische Polymere geeignet unter der Voraussetzung, daß die Formtemperatur des Polymers ebenfalls für das elastische Faservlies-Nähgewirk geeignet ist. Zu geeigneten thermoplastischen Polymeren zählen Homopolymere und Copolymere von Methylmethacrylat, bestimmte Polyolefine, wie zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen, Polyvinyl- und Polyvinylidenhalogenide, ABS-Harze, Polycarbonate usw. Homopolymere und Copolymere von Methylmethacrylat werden bevorzugt.
Es kann ein provisorischer oder ein Dauerklebstoff benutzt werden, um das elastische Faservlies-Nähgewirk mit der Schicht aus thermoplastischem Polymer zu verkleben. Geeignet ist zum Beispiel der Klebstoff 68070 Tedlar (hergestellt von E. I. du Pont de Nemours and Company). Wahlweise kann die Verklebung durch Thermofusion zustandegebracht werden. Die Schicht aus thermoplastischem Polymer und das Nähgewirk können am ökonomischsten unmittelbar dann miteinander verklebt werden, wenn das thermoplastische Polymer zu einer Folie gegossen oder extrudiert wurde, indem der Textilstoff in festen Kontakt mit der Folie gebracht wird, während die Folie noch heiß ist.
Das elastische Faservlies-Nähgewirk in der thermoformbaren Verbundfolie gemäß der Erfindung kann aus einem weiten Bereich von Fasermaterialien und einem weiten Bereich von Gewichten ausgewählt werden. Gemessen an der thermoplastischen Schicht weist das Nähgewirk ein sehr leichtes Gewicht auf. Der Textilstoff hat gewöhnlich ein Gewicht im Bereich von 100 bis 500 g/m² (3 bis 15 oz/yd²), vorzugsweise von 120 bis 240 g/m² (3,5 bis 7 oz/yd²). Dagegen kann die Schicht aus thermoplastischem Polymer 5 bis 40 mal so viel wiegen wie der Textilstoff und ist oft nicht weniger als 30 mal so dick.
Bei der verbesserten thermoformbaren Verbundfolie gemäß der Erfindung muß das elastische Faservlies-Nähgewirk ein Formanpassungsvermögen C bei 180 ºC im Bereich von 4 bis 9, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 7 aufweisen. Das Formanpassungsvermögen wird in der unten beschriebenen Weise gemessen. Bei Thermoformungsprozessen ist es oft erforderlich, daß sich die Schicht aus thermoplastischem Polymer um das 2,5-fache bis 4-fache oder mehr in ihrer Fläche ausdehnt und in ihrer Dicke abnimmt. Das elastische Faservlies-Nähgewirk zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung kann sich in seiner Fläche ganz gleichmäßig um das 4- bis 9-fache vergrößern. Wie sich in den unten in den Beispielen beschriebenen Thermoformungstests zeigte, verhindert das Nähgewirk auch, daß die thermoplastische Schicht in den üblichen Problembereichen an den Ecken und den Rändern des Formartikels übermäßig dünn wird. Die Beispiele belegen auch, daß der fertige thermoformbare Artikel, wenn das elastische Faservlies-Nähgewirk ein Formanpassungsvermögen bei 180 ºC aufweist, das außerhalb des erforderlichen Bereichs von 4 bis 9 liegt, an seinen Ecken und Rändern eine ungenügende Dicke besitzt. In dem USA-Patent 4,773,238 des hier auftretenden Erfinders werden mehrere elastische, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Faservlies-Nähgewirke offenbart (d.h. solche, deren Faktor des Formanpassungsvermögens bei 180 ºC im Bereich von 4 bis 9 liegt).
Das elastische Faservlies-Nähgewirk ist viel besser formanpassungsfähig als die Schicht aus thermoplastischem Polymer bei Zimmertemperatur. Bei den Thermoformungstemperaturen entwickelt das elastische Faservlies-Nähgewirk eine viel höhere Festigkeit gegen Streck- und Fließerscheinungen als die thermoplastische Folie, mit der es verklebt ist. Wie angenommen wird, bewirkt diese große Festigkeit (im Vergleich zu derjenigen der Schicht aus thermoplastischem Polymer), daß sich die Schicht aus thermoplastischem Polymer gleichmäßiger in der Form verteilt, wodurch die Verdünnung in dem fertigen Formartikel geringer wird.
Zur Herstellung des elastischen Faservlies-Nähgewirks für die thermoformbare Verbundfolie gemäß der Erfindung eignen sich verschiedene Ausgangsmaterialien. Die Ausgangsmaterialien sind gewöhnlich bauschige, leicht gebundene oder ungebundene Vliese oder Flore aus natürlichen oder synthetischen organischen Fasern. Es eignen sich kardierte Faservuese, Blasvliese, leicht gebundene Spinnvliesfolien, Folien aus hydraulisch verfestigten Fasern und der gleichen. Vorzugsweise wiegen die Ausgangsmaterialien weniger als etwa 50 g/m².
Zur Herstellung der Textilstoffschicht für die Verbundfolie gemäß der Erfindung können die oben beschriebenen Ausgangsmaterialien in herkömmlichen Verfahren mit Mehmadel-Nähanlagen nähgewirkt werden, wie zum Beispiel mit Arachne-Maschinen, Mali-Maschinen (z. B. Malimo, Maliwatt und Malipol), Liba-Nähwirkmaschinen und dergleichen. Als Nähfaden eignet sich im wesentlichen jeder feste elastische Nähfaden. Wenn der elastische Faden jedoch einen Erweichungs- oder Schmelzpunkt besitzt, der niedriger liegt als die Erweichungstemperatur der Schicht aus thermoplastischem Polymer, mit der der elastische Textilstoff verklebt werden soll, sollte der Faden in Form eines umwundenen oder umhüllten Garns vorhanden sein. Geeignete Garne bestehen aus Spandex- oder Gummifilamenten, die mit Garnen aus Glas, Aramid, Nylon, Polyester oder dergleichen umwunden oder umhüllt sind. Wenn dann das Spandex oder der Gummi beim Thermoformen erweicht oder schmilzt, bleibt das umwundene oder umhüllte Garn bestehen und erzeugt offensichtlich die Kräfte, die zur Verminderung der übermäßigen Verdünnung beim Thermoformen notwendig sind. Bevorzugte Nähgarne werden aus Spandexfilamenten hergestellt, die mit Nylon- oder Polyestergarnen umwunden sind. Strecktexturierte Nylon- oder Polyestergarne sind ebenfalls geeignet. Gewöhnlich macht der Nähfaden nicht mehr als 20 %, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 10 %, am meisten bevorzugt 2 bis 5 %, des Gewichts des Nähgewirks aus.
Beim Nähwirken der Ausgangsmaterialien können viele Stichmuster verwendet werden. Typischerweise wird auf einer Seite eines Stapelfaservueses eine Reihe von ineinandergehängten Maschen gebildet, und auf der anderen Seite wird eine parallele Reihe von Zickzackstichen gebildet. Wahlweise können beim Nähen Reihen aus Kettenstichen über die Länge des Vlieses gebildet werden. Durch Bildung von Kettenstichen mit elastischen Garnen kann sich die Län ge des Gewebes in der Richtung der Stichreihen verkürzen, und durch Zickzackstiche können sich sowohl die Breite als auch die Länge des Texilstoffs verkürzen. Gewöhnlich werden die Stichreihen mit Nadeln eingebracht, die eine Teilung im Bereich von 2 bis 8 Nadeln pro cm aufweisen, und innerhalb jeder Reihe haben die Stiche gewöhnlich eine Teilung von 1 bis 7 pro cm. Zickzackstiche werden bevorzugt. Wird das Vlies mit elastischem Faden genäht, der unter Spannung steht, und wird die Spannung dann weggenommen, wird die Textilstofffläche kleiner (d.h. sie schrumpft). Das Nähgewirk kann auch durch Erhitzen, Dämpfen oder chemische Behandlung geschrumpft werden.
Das elastische Faservlies-Nähgewirk muß, wenn es sich zur Verwendung in den thermoformbaren Verbundfolien gemäß der Erfindung eignen soll, ein Formanpassungsvermögen bei 180 ºC im Bereich von 4 bis 9 aufweisen. Innerhalb dieses Bereiches ist das Formanpassungsvermögen des Nähgewirks so groß, daß sich dieses an die gewöhnliche Flächenvergrößerung anpaßt, die die thermoplastische Schicht beim Thermoformen erfahren muß. Auch kann, selbst wenn die Verbundfolien gemäß der Erfindung die Gleichmäßigkeit der Dicke des thermoplastischen Polymers in dem fertigen Formartikel sehr verbessern, immer noch eine beträchtliche Dickenschwankung auftreten. Demgemäß lautet eine gute Faustregel, daß zur Verwendung bei der Herstellung einer Verbundfolie gemäß der Erfindung ein elastisches Faservlies-Nähgewirk gewählt werden soll, das ein Formanpassungsvermögen aufweist, das mindestens gleich dem Eineinhalbfachen der durchschnittlichen Flächenvergrößerung ist, die bei der Anpassung der Verbundfolie an die Form zu erwarten ist.
Das Formanpassungsvermögen C eines Textilstoffs wird gemäß dem folgenden Verfahren gemessen. Es wird eine Probe des Textilstoffs flach in einem Ring mit 20,3 cm (8 Zoll) Durchmesser befestigt, der 11,4 Kilogramm (25 pounds) wiegt. In der Mitte der Oberseite des Textilstoffs wird ein Kreis mit 5,1 cm (2 Zoll) Durchmesser markiert. Eine glatte Metallkugel mit 15,3 cm (6 Zoll) Durchmesser wird mit Talkum eingestäubt (damit der Textilstoff nicht an der Kugel haftet). Der in dem Ring gehaltene Textilstoff wird oben auf der Kugel zentriert. Das Gewicht des Rings wird von dem Textilstoff oben auf der Kugel getragen. Die auf diese Weise belastete Textilstoffanordnung wird in einen Heißluftofen gebracht und fünf Minuten lang bei 180 ºC erhitzt, und während dieser Zeit dehnt sich der Texstilstoff aus und paßt sich zumindest teilweise an die Kugelfläche an. Wenn der Textilstoff aus dem Ofen genommen ist und sich abgekühlt hat, wird der Textilstoff aus dem Ring entfernt, und es wird der ausgedehnte Durchmesser D des ursprünglich markierten Kreises erneut gemessen. Der neue Durchmesser ergibt sich aus der durch das Erhitzen bewirkten Dehnung und aus der durch das Gewicht des Rings auferlegten Spannung. Das Formanpassungsvermögen bei 180 ºC wird dann errechnet mit der Formel
C = D² : 5,1² = 0,0384D².
Das Formanpassungsvermögen bei Zimmertemperatur (d.h. 20 ºC) wird gemessen, indem dieses Verfahren wiederholt wird, wobei jedoch der Heizschritt weggelassen wird.
Der Ausdehnungskoeffizient E ist ein dimensionsloser Parameter, der dazu dient, jede der in den unten folgenden Beispiele verwendeten Formen (siehe Fig. 3) zu kennzeichnen. Der Koeffizient wird definiert als die Flächenvergrößerung, die im Idealfall notwendig wäre, wenn sich eine flache thermolastische Folie an die Wände der Form anpassen müßte und dabei eine gleichmäßige Veränderung der Foliendicke erführe. Der Koeffizient E wird errechnet mit der Formel
E = (LW + 2LH + 2WH)/LW,
wobei L, H und W in der Tabelle unten definiert sind und in Fig. 3 angegeben sind. Die Innenabmessungen und der Ausdehnungskoeffizient jeder Form sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Tabelle 1 Abmessungen von Formen in Zentimetern Nummer der Form Länge Breite Höhe Radien Ausdehnungskoeffizient
Es sei angemerkt, daß die angegebenen Radien für die Rundungen an allen Schnittpunkten der Wände und von Wänden mit dem Boden der Form gelten. Im Boden jeder Form ist ein Auslaß von etwa 0,5 cm Durchmesser vorhanden, durch den ein Unterdruck eingebracht wird.
Die in den Beispielen unten angegebenen Wanddicken gelten nur für die thermoplastischen Schichten, die Dicke des Gewebes ist darin nicht enthalten. Die Dicken des Textilstoffs werden gemessen als "kritische" Bereiche des thermisch geformten Teils mit einem Ultraschalldickenprüfgerät, vertrieben von der Branson Co. "Kritische" Bereiche sind diejenigen, in denen eine übermäßige Verdünnung des thermoplastischen Polymers gewöhnlich schwer zu vermeiden ist. Die angegebenen Dicken sind Durchschnittswerte, die (a) an den vier unteren Ecken, (b) an den Mittelpunkten der langen und der kurzen unteren Ränder und (c) in der Mitte der Unterseite des Formartikels gemessen werden. Die "ideale" oder gewünschte Dicke ti ist definiert als die Dicke z der Schicht aus thermoplastischem Polymer vor dem Thermoformen, dividiert durch den Ausdehnungskoeffizienten E der Form.
Somit ti = z + E.

BEISPIELE

In jedem der folgenden Beispiele wird die Herstellung von mehreren elastischen Faservlies-Nähgewirken beschrieben. In jedem Beispiel werden (a) die Herstellung eines Nähgewirks und dessen gemessenes Formanpassungsvermögen, (b) die Verklebung des Textilstoffs mit einem oder mehreren Schichten aus Polymethylmethacrylat (im folgenden "PMMA") zur Herstellung einer Verbundfolie, (c) das Erhitzen der Verbundfolie über 10 Minuten auf 180 ºC und dann das Thermoformen der Verbundfolie unter einem Unterdruck von 51 cm Quecksilbersäule in einer Testform, (d) das Erhitzen und Thermoformen einer Vergleichsprobe unter den gleichen Bedingungen, die eine PMMA-Folie ist, mit der kein Nähgewirk verklebt ist, die jedoch die gleichen Abmessungen wie die PMMA-Schicht in der Verbundfolie besitzt, (e) die Messung der Dicken der auf diese Weise thermisch geformten Artikel an deren Ecken, Rändern und Böden beschrieben. Die Form I (siehe Tabelle 1 oben) wurde in Beispiel 1 verwendet, die Form II in Beispiel 2 und die Form III in Beispiel 3.
In den Beispielen sind Textilstoffe gemäß der Erfindung mit arabischen Ziffern bezeichnet. Die Vergleichsproben außerhalb der Erfindung sind mit Großbuchstaben bezeichnet. Alle Proben des Faservlies-Nähgewebes wurden mit einer Liba-Nähwirkmaschine mit zwei Legeschienen und einer 14-er Teilung (14 Nadeln pro Zoll oder pro 2,54 Zentimeter in Querrichtung zur Maschine) hergestellt, mit Ausnahme von Beispiel 1, bei dem mit einer Liba-Maschine mit zwei Legeschienen und einer 12-er Teilung (12 Nadeln/Zoll) gearbeitet wurde. Jede Maschine brachte 11,5 Stiche pro Zoll in Textilstofflaufrichtung ein. Die eingebrachten Stichmuster werden mit der herkömmlichen Kettenwirknomenklatur bezeichnet.

BEISPIEL 1

Mit diesem Beispiel wird die eindeutige Überlegenheit eines mit der Verbundfolie gemäß der Erfindung hergestellten, thermisch geformten Artikels demonstriert, bei dem eine Schicht aus Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem elastischen Faservlies-Nähgewirk verklebt ist. Der Artikel (Probe 1) gemäß der Erfindung wurde mit einem Artikel (Vergleichsprobe A) verglichen, der unter den gleichen Bedingungen in der gleichen Form aus einer PMMA-Folie mit den gleichen Abmessungen und dem gleichen Gewicht wie die PMMA-Schicht der Verbundfolie thermisch geformt wurde.
Das elastische Faservlies-Nähgewirk von Probe 1 wurde aus einem kardierten Vlies aus Polyesterstapelfasern hergestellt. Das Vlies wurde mit einem texturierten, der ersten Legeschiene zugeführten Garn und mit einem umwundenen, der zweiten Legeschiene der Nähwirkmaschine zugeführten Spandexgarn übernäht. Es wurde ein Gemisch aus 75 Gew.-% einer 3,8 cm (1,5 Zoll) langen DacronR- Polyesterfaser des Typs 54 von 1,7 Decitex (1,5 den) und aus 25 Gew.-% einer 7,6 cm (3 Zoll) langen DacronR-Polyestercopolymerbindefaser des Typs 262 von 3,3 dtex (3 den) (wobei beide Fasern von E. I. du Pont de Nemours and Company vertrieben werden) in einer einzigen Passage auf einer Hergeth-Karde kardiert, so daß ein Vlies mit einem Gewicht von etwa 34 g/m² (1 oz/yd²) entstand. Das Vlies wurde durch herkömmliches Kalandrieren auf einer Kusters-Anlage bei einer Temperatur von 135 ºC und einem Druck von 689 kpa (100 psi) etwas kohärent verfestigt und dann in Textilstofflaufrichtung der Nähwirkmaschine vorgelegt. Die vordere Legeschiene der Liba-Maschine wurde mit umhülltem Garn gespeist, das mit einem Lycra-Spandexfilament des Typs 126 von 22 dtex (20 den) (vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company) hergestellt und einzeln mit einem aus 13 Filamenten bestehenden texturierten Nylongarn von 44 dtex (40 den) (vertrieben von Macfield Texturing Inc., Madison, North Carolina) umhüllt war, und bildete 1-0,0-1-Kettenstiche. Die hintere Legeschiene wurde mit einem aus 13 Filamenten bestehenden texturierten Nylongarn von 44 dtex (40 Denier) gespeist und bildete-1-0,1-2-Rechtsmaschen. Das fertige Nähgewirk wog 47,5 g/m² (1,4 oz/yd²).
Eine Probe des auf diese Weise hergestellten Nähgewirks wurde 10 Minuten lang in kochendes Wasser getaucht. Der Textilstoff schrumpfte auf etwa 38 % seiner ursprünglichen Länge und 95 % seiner ursprünglichen Breite. Die Fläche des geschrumpften Textilstoffs war gleich 36 % seiner ursprünglichen Nähgewirkfläche. Der fertige Textilstoff wies Zug- und Reißdehnungen im Grabtest (ASTM D 1117) von etwa 230 % in Textilstofflaufrichtung und von etwa 70 % in Querrichtung auf. Das geschrumpfte Nähgewirk wog 132 g/m² (3,9 oz/yd²) und wies ein Formanpassungsvermögen von 4,9 bei Zimmertemperatur und von 5,2 bei 180 ºC auf. Eine Probe des geschrumpften Textilstoffs wurde bei 150 ºC mit Klebstoff G-8070 TedlarR mit einer 61 cm (24 Zoll) langen, 41 cm (16 Zoll) breiten und 3,4 mm (0,135 Zoll) dicken weinfarbigen Folie LuciteR XL aus Polymethylmethacrylat (PMMA) als thermoplastischem Polymer verklebt. (TedlarR und LuciteR werden vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company). Die fertige Verbundfolie bestand aus 97,2 Gew.-% PMMA-Schicht und 2,8 Gew.-% elastischem Faservlies-Nähgewirk, nicht eingerechnet den Klebstoff, der weniger als 6,8 g/m² (0,2 oz/yd²) wog. Insgesamt wog die Verbundfolie mehr als 4,7 kg/m² (10,4 lbs/yd²).
Die auf diese Weise hergestellte Verbundfolie wurde 10 Minuten lang in einem Ofen auf 180 ºC erhitzt und dann unverzüglich in der Form Nr. I vakuumgeformt, wobei die Textilstoffseite der Verbundfolie nach den Wänden der Form zeigte. Ein Vergleichsartikel, die Probe A, wurde mit einer PMMA-Folie der gleichen Größe wie in der Verbundfolie von Probe 1 thermisch geformt, jedoch ohne mit dieser verklebtem Textilstoff. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 Thermoformung mit Form I (Ausdehnungskoeffizient = 3.09) Beispiel Vergleichs-Probe Nähgewirk Gewicht % der Verbundfolie Formanpassungsvermögen bei Schicht aus Thermoplast Dicke, mm Idealdicke, ti Ecken Ränder Mitte unten entfällt
Die Idealdicke ti für die in der Form I thermisch geformte PMMA- Schicht betrug 1,12 Millimeter (0,044 Zoll). Die Dicken in den "kritischen" Bereichen an den Ecken und Rändern und in der Mitte des Bodens der thermisch geformten Vergleichsprobe A betrugen nur 32 % bzw. 45 % bzw. 47 % der gewünschten Idealdicke. Das zeigt eine extrem übermäßige Verdünnung der Schicht aus thermoplastischem PMMA in diesen Bereichen an. Dagegen betrugen die Dicken in den gleichen "kritischen" Bereichen der thermisch geformten Probe 1 gemäß der Erfindung 62 % bzw. 85 % bzw. 125 % der Idealdicke. Somit wird bei der Verbundfolie gemäß der Erfindung mit ihrem elastischen Faservlies-Nähgewirk die Verdünnung der Wände in den kritischen Bereichen des thermisch geformten Artikels stark vermindert.

BEISPIEL 2

Mit diesem Beispiel wird die Bedeutung des Formanpassungsvermögens bei 180 ºC der Schicht aus elastischem Faservlies-Nähgewirk in den thermoformbaren Verbundfolien gemäß der Erfindung demonstriert. In diesem Beispiel wurden mehrere Proben des Nähgewirks hergestellt, und jede wurde mit einer 3,18 mm (0,125 Zoll) dicken Schicht aus PMMA verklebt, so daß eine Verbundfolie entstand. Zwei von den elastischen Faservlies-Nähgewirken, die Proben 2 und 3, entsprachen der Erfindung. Die Textilstoffe in den Vergleichsbeispielen B, C und D lagen außerhalb der Erfindung, da sie Forman passungsvermögen bei 180 ºC von 15,4 bzw. 3,3 bzw. 3,7 aufwiesen. Die Thermoformung dieser Verbundfolien in der Form Nr. II wurde auch mit der Thermoformung der Vergleichsprobe E verglichen, die aus der PMMA-Schicht bestand, mit der kein Textilstoff verklebt war. Die Vorteile der thermoformbaren Verbundfolie gemäß der Erfindung werden eindeutig bewiesen durch die Ergebnisse, die in Tabelle 3 zusammengefaßt sind.
Die für diese Beispiele verwendeten Nähgewirke wurden folgendermaßen hergestellt:

Probe 2:

Es wurde ein Spunlaced-Vlies (d.h. ein wasserstrahlverfestigtes Vlies) Sontara des Typs 8000 v aus 3,8 cm (1,5 Zoll) langen Polyesterstapelfasern von 1,5 dtex (1,35 den) (vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company) auf einer Liba- Maschine mit zwei Legeschienen und einer 14-er Teilung nähgewirkt. Es wurde ein einzeln umhülltes Spandexgarn Lycra der in Beispiel 1 beschriebenen Art benutzt, um 1-0,0-1-Kettenstiche mit der vorderen Legeschiene und "langflottierende" 1-0,2-3-Rechtsmaschen mit der hinteren Legeschiene zu bilden. Das fertige Nähgewirk wurde 10 Minuten lang abgekocht und anschließend an der Luft getrocknet, wodurch der Textilstoff in Gewebelaufrichtung auf 70 % seiner ursprünglichen Länge und in Querrichtung auf 40 % seiner ursprünglichen Abmessung schrumpfte. Der geschrumpfte Textilstoff wies Grabtest-Dehnungen von 162 % und von 365 % in Textilstofflaufrichtung bzw. in Querrichtung auf.

Probe 3:

Es wurde ein Faserflor aus 7,6 cm (3 Zoll) langen Polyesterstapelfasern von 3,3 dtex (3 dpf) (des Typs 54 Dacron vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company) auf einer Hergeth-Karde kardiert und kreuzweise geschichtet, so daß ein 102 g/m² (3 oz/yd²) wiegendes Vlies entstand, auf einer Dib-Vernadelungsmaschine mit 7,4 Durchstichen/cm² (48/Quadratzoll) vernadelt und dann in der gleichen Weise wie bei Beispiel 2 nähgewirkt, abgekocht und getrocknet.

Vergleichsbeispiel B:

Es wurde ein Faserflor, bestehend aus 75 Gew.-96 3,8 cm (1,5 Zoll) langen Polyesterfasern des Typs 54 Dacron von 1,7 dtex (1,5 den) und aus 25 Gew.-96 7,6 cm (3 Zoll) langen Polyesterfasern des Typs 262 aus DacronR von 3,3 dtex (3 den) (vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company) auf einer Hergeth-Karde kardiert, so daß ein 17 g/m² (0,5 oz/yd²) wiegendes Vlies entstand, das in einem Kusters-Kalander gebunden wurde, der mit 160 ºC, 689 kPa (100 psi) und 13,7 Metern/Zoll (15 yd/ min) lief. Das Vlies wurde mit dem gleichen einzeln umhüllten Spandexgarn nähgewirkt, das in Beispiel 3 verwendet wurde. Mit beiden Legeschienen wurde eine einfache Rechtsmasche gelegt. Dann wurde der Textilstoff in der gleichen weise wie bei Beispiel 3 abgekocht und getrocknet, so daß der Textilstoff auf 78 % und auf 20 % seiner ursprünglichen Abmessungen in Textilstofflaufrichtung bzw. in Querrichtung schrumpfte.

Vergleichsprobe C:

Es wurde das zur Herstellung der Probe B angewandte Verfahren wiederholt, nur daß ein 102 g/m (3 oz/yd²) wiegendes kardiertes Vlies verwendet wurde. Durch das Abkochen und das Trocknen schrumpfte der Textilstoff auf 55 % seiner ursprünglichen Fläche.

Vergleichsbeispiel D:

Es wurde ein 102 g/m² (3 oz/yd²) wiegender, kreuzweise geschichteter kardierter Faserflor auf einer Hergeth-Karde aus einer Mischung von 7,6 cm (3 Zoll) langen Stapelfasern von 3,3 dtex (3 den) hergestellt, von denen 75 % aus Nylon des Typs 126 und 25 % aus Polyester des Typs 262 Dacron waren (vertrieben von E. I. du Pont de Nemours and Company). Nach dem Vernadeln wie in Beispiel 2 wurde das Vlies mit einem texturierten Nylon-Zweifachgarn von 160 dtex (140 den) mit der vorderen Legeschiene unter Bildung von Rechtsmaschen und mit einem einzeln umhüllten Spandexgarn (wie in Beispiel 1) auf der hinteren Legeschiene unter Bildung von Kettenstichen nähgewirkt. Durch das Abkochen und Trocknen wie in den Beispielen B und C kam es zu einer Schrumpfung auf 42 % seiner ursprünglichen Fläche.
Jede der Proben 2, 3, B, C und D wurde mit einer gesonderten Probe aus 3,2 mm (0,125 Zoll) dickem PMMA der in Beispiel 1 verwendeten Art verklebt, so daß eine Verbundfolie für Thermoformungs tests entstand. Das Thermoformen wurde in der Form II unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Weise wie bei den Proben von Beispiel 1 ausgeführt. Die Eigenschaften der Proben und die Ergebnisse der ausgeführten Tests sind unten in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3 Thermoformung mit Form II (Ausdehnungskoeffizient = 3.50) Erfindung Vergleichsdroben Nähgewirk Gewicht % der Verbundfolie Formanpassungsvermögen bei Dicke Schicht PMMA, mm Idealdicke, ti Anmerkung: ** zeigt an, daß sich die Verbundfolienprobe beim Thermoformen nicht an die Form anpassen konnte.
Wie die Werte in Tabelle 3 anzeigen, betrugen alle "kritischen" Dicken an den Ecken und Rändern und am Boden der aus Verbundfolien gemäß der Erfindung thermisch geformten Artikel im schlechtesten Falle mindestens 74 % der gewünschten Idealdicke. Dagegen versagte die Vergleichsprobe B, deren Formanpassungsvermögen weit über dem Maximum gemäß der vorliegenden Erfindung lag, an den Ecken des thermisch geformten Artikels. Die Ecken wiesen nur 16 % der gewünschten Dicke auf. Die Ränder der thermisch geformten Vergleichsprobe B wiesen nur 55 % der gewünschten Dicke auf. Die Vergleichsprobe B war nur sehr wenig besser als die Vergleichsprobe E, mit deren PMMA-Folie überhaupt kein Textilstoff verklebt war. Die Vergleichsproben C und D, deren Formanpassungsvermögen bei 180 ºC unter dem Mindestwert gemäß der vorliegenden Erfindung lagen, versagten bei den Thermoformungstests. Die Verbundfolien der Vergleichsproben C und D waren offensichtlich bei den Formungstemperaturen zu steif, um sich an die Wände der Form anzupassen.

BEISPIEL 4

Bei diesem Beispiel waren die Herstellung eines elastischen Faservlies-Nähgewirks gemäß der Erfindung, dessen Verklebung mit einer Folie aus PMMA und das Thermoformen der fertigen Verbundfolie identisch mit den bei der Herstellung von Probe 2 in Beispiel 2 beschriebenen Prozessen, nur daß eine viel größere Form, die Form III, und eine thermoformbare Folie verwendet wurden, die das Oberteil der Form hinreichend bedeckte. Die Maße von Form III betrugen 132 cm Länge mal 71 cm Breite mal 24 cm Tiefe im Vergleich zu 29 mal 20 mal 15 cm bei Form II in Beispiel 2. Die Vergleichsprobe F wurde ohne einen mit der PMMA-Schicht verklebten Textilstoff hergestellt. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 4 zusammengefaßt. Es sei auf die wichtige Verbesserung der zustandegebrachten Dicke hingewiesen, insbesondere in den Ecken und an den Rändern der mit der Verbundfolie gemäß der Erfindung thermisch geformten Artikel. Die Ecken und die Ränder des Formartikels gemäß der Erfindung wiesen 71 % bzw. 80 % der idealen Dicke auf, wohingegen die entsprechenden Dicken der Vergleichsprobe F nur 42 % bzw. 59 % der gewünschten Dicken betrugen. Tabelle 4 Thermoformung mit Form III (Ausdehnungskoeffizient = 3.64) Probe Beispiel Vergleichsprobe Nähgewirk Gewicht, g/m² 96 der Verbundfolie Formanpas sungsvermögen bei 20 ºC bei 180 ºC Dicke PMMA, mm Idealdicke, ti Ecken Ränder Mitte unten entfällt

BEISPIEL 5

Mit diesem Beispiel werden die günstigen Wirkungen demonstriert, die mit einer Verbundfolie gemäß der Erfindung zustandegebracht werden, bei der in der mittleren Ebene der Verbundfolie ein elastisches Faservlies-Nähgewirk zwischen zwei Schichten aus PMMA eingebettet ist. Es wurde die Herstellung der Probe 2 und der Vergleichsprobe E von Beispiel 2 wiederholt, nur daß eine zweite Schicht aus PMMA, die mit der ersten Schicht aus PMMA identisch war, mit der entgegengesetzten Seite des Textilstoffs für die Probe 5 und mit der anderen PMMA-Schicht für das Vergleichsbeispiel G verklebt wurde. Die Gesamtdicke des thermoplastischen Polymers in jeder dieser Verbundfolien betrug 6,35 mm (0,250 Zoll). Die Ergebnisse der Thermoformungstests sind unten in Tabelle 5 zusammengefaßt. In den kritischen Bereichen der Ecken und der Ränder der thermisch geformten Artikel gemäß der Erfindung betrugen die Dikken nicht weniger als 78 % der Idealdicke. Dagegen betrug die Dikke der Ecken des mit der Vergleichsprobe G hergestellten thermisch geformten Artikels nur 45 % der gewünschten Dicke. Tabelle 5 Textilstoff, eingebettet zwischen zwei PMMA-Schichten Thermoformung mit Form II (Ausdehnungskoeffizient = 3.50) Probe Beispiel Vergleichsprobe Nähgewirk Gewicht, g/m² % der Verbundfolie Formanpassungsvermögen bei Dicke PMMA, mm Idealdicke, ti Ecken Ränder Mitte unten entfällt

BEISPIEL 6

Mit diesem Beispiel wird die Notwendigkeit veranschaulicht, daß das Nähfadennetzwerk des elastischen Faservlies-Nähgewirks in der Verbundfolie gemäß der Erfindung bei den Thermoformungsvorgängen seine Festigkeit bewahrt.
Es wurde die Herstellung von Probe 2 von Beispiel 2 wiederholt, nur daß für den Nähwirkfaden anstelle eines mit Nylon umhüllten Spandexfadens ein nicht umhülltes Spandexgarn LycraR von 160 dtex (140 den) verwendet wurde. Das Nähgewirk schrumpfte in einer sehr ähnlichen Weise wie das Gewebe von Probe 2, die Verbundfolie wirkte bei der Thermoformung jedoch unzulänglich. Die Ergebnisse sind als Probe H in Tabelle 6 zusammengefaßt. In Probe H' befindet sich kein Textilstoff. Probe 2 wird zu Vergleichszwecken in der Tabelle wiederholt.
0Tabelle 6 zeigt, daß das Nähgewirk der Vergleichsprobe H mit seinem nicht umhüllten LycraR-Garn den Test auf Formanpassungsvermögen bei 180 ºC nicht überstehen konnte. Wie die Thermoformungstests zeigten, trug der Textilstoff von Probe H nicht dazu bei, die Verdünnung an den Ecken und den Rändern des Formartikels zu vermindem. Ecken und Ränder waren so dünn wie die von Vergleichsprobe H', die keinen Textilstoff enthielt. Dagegen wirkte die Verbundfolie von Probe 2 gemäß der Erfindung sehr gut bei der Verminderung der Verdünnung an den Ecken und Rändern. Die Spandexfilamente in dem Nähgewirk der Probe 2 waren mit Nylon umhüllt, diejenigen der Vergleichsprobe H waren jedoch nicht umhüllt. Tabelle 6 Vergleichsproben und nicht umhüllte Spandexfilamente im Nähgewirk Thermoformung mit Form II (Ausdehnungskoeffizient = 3,50) Vergleichsproben Erfindung Proben Beispiel Nähgewirk Gewicht, g/m² % der Verbundfolie Formanpassungsvermögen bei Dicke PMMA, mm Idealdicke, ti Ecken Ränder Mitte unten versagt entfällt
Der thermisch geformte Artikel von Probe 2 wurde zwecks Befestigung eines Hartschaumstoffs auf seiner Oberfläche weiterbehandelt. Die thermisch geformte Probe wurde in eine Sperrholzschachtel gelegt, die ein offenes Oberteil und Innenabmessungen aufwies, die etwa um zwei Zoll f.5 cm) größer waren als die Außenabmessungen des thermisch geformten Artikels, so daß ein freier Raum von etwa 1 Zoll (2,5 cm) zwischen der Außenseite des Artikels und der Innenseite der Schachtel vorhanden war. In den freien Raum zwischen den Wänden der Schachtel und der Textilstofffläche des thermisch geformten Artikels wurde ein Polyurethanschaumstoff eingespritzt. Nach dessen Aushärten und der Entnahme des Artikels aus der Schachtel war der Schaumstoff, wie festgestellt wurde, dauerhaft an dem thermisch geformten Artikel befestigt. Der Hartschaumstoff verlieh dem Artikel zusätzliche Festigkeit und Schlagfestigkeit bei sehr geringen Kosten und sehr wenig Zunahme des Gesamtgewichts.

Claims

1. In einer thermoformbaren Verbundfolie mit einer Schicht aus thermoplastischem Polymer, die mit einer Schicht aus relativ leichtem Textilstoff verklebt wird, die Verbesserung, die darin besteht, daß die Textilstoffschicht ein elastisches Faservlies-Nähgewirk ist, das ein Formanpassungsvermögen im Bereich von 4 bis 9 bei 180 ºC aufweist und nicht mehr als 20 % des Gewichts der gesamten Verbundfolie ausmacht.

2. Thermoformbare Verbundfolie nach Anspruch 1, worin das Formanpassungsvermögen im Bereich von 5 bis 7 liegt und das Gewicht des Textilstoffes im Bereich von 2,5 bis 10 % liegt.

3. Thermoformbare Verbundfolie nach Anspruch 1, worin die Schicht aus Polymer und das Nähgewirk mit einem Klebstoff miteinander verklebt sind.

4. Thermoformbare Verbundfolie nach Anspruch 1, bei der die Rückseite des Nähgewirkes mit einer zweiten Schicht aus thermoplastischem Polymer verklebt ist.

5. Thermoformbare Verbundfolie nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin das thermoplastische Polymer ein Polymer aus Polymethylmethacrylat ist.

6. Formartikel, der thermisch aus der Verbundfolie nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 geformt ist.

7. Formartikel, der thermisch aus der Verbundfolie nach Anspruch 5 geformt ist.