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Verfahren zur Herstellung geschichteter Produkte
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beschädigen könnte, so dass er seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Widerstandsfähig- keit und Biegsamkeit, verlieren könnte. Zum Auftragen des Harzes kann der Stoff auch in ein Kunstharz- bad eingetaucht werden ; ferner können auch andere gleichwertige Methoden zur Anwendung kommen.
Das Kunstharz wird in Form einer wässerigen Emulsion oder Dispersion oder in Form einer Lösung in orga- nischen Flüssigkeiten verwendet.
Die Imprägnierung kann für jede Stoffseite in einer oder in mehreren Passagen erfolgen. Das in jeder
Passage erfolgende Trocknen des Füllharzes kann beispielsweise unter Hindurchführen des Stoffes durch einen Warmluft-Härtungsraum vorgenommen werden, wobei vorzugsweise übermässige Spannungen bzw. zu sehr verschiedene Spannungen des Stoffes in beiden Richtungen vermieden werden.
Schliesslich kann der Stoff, vorzugsweise zwischen geheizten, glatten oder erhabenen Walzen, einer
Kalanderbehandlung unterworfen werden.
Die Erfindung wird nun an Hand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Schnitt längs des Schusses des fertigen Erzeugnisses in stark vergrössertem Massstab, Fig. 2 ein Schema einer an sich bekannten Vorrichtung, die zum Auftragen des
Füllkunstharzes auf den Stoff dient, Fig. 3 eine schematische Ansicht der Art der Durchführung der Prü- flung "inneren Steifheit" des noch nicht auf den Stoff aufgebrachten Harzes, Fig. 4a und 4b eine sche- matische Ansicht der Art der Durchführung der Messung der Steifheit des fertigen Erzeugnisses.
Als Ausgangsmaterial verwendet man-wie bereits erwähnt-einen aus linearen, synthetischen, ther- moplastischen Polymerfäden bestehenden Stoff. In erster Linie kommen als Polymere die folgenden in
Betracht : Polyamide und insbesondere Polymere des Hexamethylenammoniumadipats (Nylon 66), Poly- -mere von Caprolactam (Nylon 6 und Perlon), Polymere der ll-Aminoundecansäure (Rilsan).
Eine andere
Klasse derartiger Polymere sind die Polyester, insbesondere das Äthylenpolyterephthalat (Terylen). Die für die erfindungsgemässen Zwecke günstig verwendbaren Stoffe aus linearen, synthetischen thermoplasti- schen Polymeren besitzen im allgemeinen einen mittleren Titer von beispielsweise 45 oder 60 Denier, doch ist es keineswegs ausgeschlossen, dass für besondere Verwendungszwecke auch feinere oder gröbere
Titer angewendet werden können. Alle diese Stoffe können fixiert werden, indem man sie trocken oder feucht der Wärmeeinwirkung aussetzt, da lineare, synthetische, thermoplastische Polymere bekanntlich die Eigenschaften besitzen, zufolge einer Wärmebehandlung bleibende Abmessungen und Form anzuneh- men.
Wenn das Fixieren in feuchtem Zustand durchgeführt wird, dann wird meist gesättigter Dampf unter
Druck und bei einer Temperatur von ungefähr 1200C angewendet. Bei Trockenfixierung kann der Stoff mit Warmluft bzw. durch Berühren mit Heizflächen bzw. durch Anstrahlung erwärmt werden. In diesem
Fall sind die Temperaturen höher (beispielsweise zwischen 140 und 2250C für Polyamide, je nach der be- sonderen Polyamidart, die verwendet wird, und je nach dem gewünschten Fixierungsgrad), bleiben je- doch immer einige zehn Grade unterhalb des Schmelzpunktes des Materials, um eine Beschädigung des
Stoffes, einen Verlust der Feuchtigkeit, eine Brüchigkeit oder Gelbfärbung usw., zu vermeiden. Die je- weiligen Temperaturen und Behandlungsmodalitäten sind den Fachleuten bekannt und es erübrigt sich, sie hier einzeln zu beschreiben.
Die"innere Steifheit"des Füllharzes für sich genommen, von der seine Eignung für die erfindungs- gemässe Verwendung abhängt, ist folgendermassen definiert und wird auf die nachfolgend beschriebene
Weise gemessen :
Die Kunstharzemulsion bzw. -lösung wird auf ein Glasplättchen oder eine andere glatte Fläche ge- strichen, so dass sie darauf eine dünne Schicht bildet, die nach dem Erhärten einen 0,5 mm starken Film ergibt. Wird beispielsweise mit einer 501o wässerigen Harzsuspension gearbeitet, dann muss die Schicht anfänglich eine Stärke von ungefähr 1, 5 mm besitzen. In andern Fällen wird diese Schichtstärke empirisch festgelegt. Die Schicht wird im Ofen durch langsames Erwärmen unter Vermeiden einer Blasenbildung er- härtet.
Im Falle von wässerigen Emulsionen kann man zuerst 15 Stunden lang bei einer Temperatur von
60 bis 700C erwärmen, wonach man die Temperatur für 2 1/2 Stunden auf 1150c erhöht.
Zum Loslösen des Films wird das Glasplättchen, auf dem sich der Film befindet, 5 - 12 Stunden lang bei Raumtemperatur im Wasserbad belassen, wonach sich der Film vom Plättchen löst, dann wird der Film während 24 Stunden bei einer Temperatur von 40 C getrocknet. Sollte man nach dem Trocknen nicht die gewünschte Schichtstärke erhalten, dann ist es erforderlich, die Stärke der anfangs auf das Glasplättchen aufgetragenen Schicht entsprechend zu ändern, bis man schliesslich die genaue und gleichmässige End- stärke von einem 1/2 mm erreicht. Der erhaltene Film wird so zugeschnitten, dass man einen genau
65 mm breiten Streifen von ungefähr 100 mm Länge bekommt.
Der Streifen wird dann, wie in Fig. 3 ge- zeigt, einseitig eingespannt, so dass die Länge, welche sich frei unter dem Eigengewicht abbiegen kann,
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70 mm beträgt. Nach 3 Minuten misst man die Pfeilhöhe F. Die "innere Steifheit" des Harzes ist nun für die Zwecke der Erfindung durch den umgekehrten Wert dieser Pfeilhöhe, ausgedrückt in Millimeter, definiert.
Gemäss der Erfindung werden Kunstharze verwendet, deren "innere Steifheit" grösser als 1/12 ist.
Vorzugsweise werden jedoch nur solche Kunstharze verwendet, die eine "innere Steifheit" von mindestens 1/4 besitzen und gegebenenfalls sogar solche Harze, die als "vollkommen steif" bezeichnet werden, d. h. die bei der oben beschriebenen Messung eine derart kleine Pfeilhöhe ergeben, dass sie praktisch nicht messbar und auf jeden Fall kleiner als 1 mm ist.
Die Steifheit des fertigen Erzeugnisses wird derart gemessen, dass zunächst ein 25 mm breiter Streifen des Materials vorbereitet wird, der mittels eines Walzenpaares 6-6, wie in Fig. 4 angedeutet, über einen Stab 7 vorwärts bewegt wird, bis er vom Berührungspunkt mit dem Stab 7 50 mm vorsteht. Der Walzendurchmesser sowie der Abstand zwischen dem Berührungspunkt der Walzen und dem Stab 7 sind nicht von wesentlicher Bedeutung, doch können diese Werte zweckmässigerweise mit 30 mm und 20 mm festgesetzt werden. Der Streifen biegt sich nun in diesem Zustand durch und man sieht, dass er an seinem Ende einen annähernd geraden Abschnitt aufweist, wie er in Fig. 4a gezeigt ist. Man kann somit den Winkel A zwischen der Senkrechten (vom Schnittpunkt mit dem Streifen nach unten gerichteter Abschnitt) und dem angeführten geraden Abschnitt messen.
Dieser Winkel bestimmt und stellt ein Mass dar für die Steifheit des fertigen, gemäss der Erfindung hergestellten Materials ; er erreicht offensichtlich nie den der vollständigen Steifheit entsprechenden Wert von 900.
Sollte es sich zeigen, dass der Streifen eine wellige Form annimmt, so dass sich kein praktisch gerader Abschnitt bestimmen lässt, dann misst man den Winkel, den die Senkrechte mit der Sehne zwischen dem EndedesStreifens und jenem Punkt des Streifens einschliesst, der vom Ende 30 mm entfernt ist (s. Fig. 4b).
Unterzieht man einen unbehandelten Stoff aus linearen, synthetischen Polymerfasern mittleren Titers dieser Messung, dann ergibt sich ein sehr kleiner Winkel von nur wenigen Graden, der in manchen Fällen überhaupt nicht messbar ist.
Beispiel l : Man geht von einem Stoff aus einem Polymeren von Caprolactam aus, der aus fortlaufenden, 60 Denier starken, 18-litzigen Fäden besteht, die eine Torsion von 300 Umdr/m besitzen.
Der Stoff besitzt eine symmetrische Leinwandbindung mit 50 Fäden pro cm sowohl in der Kette, als auch im Schuss. Dieser Stoff wird in üblicher Weise fixiert, entfettet, gebleicht und gegebenenfalls ein zweites Mal stärker fixiert, damit er seine Form und seine Abmessungen absolut sicher beibehält. Diese Behandlungen sind die gleichen, wie sie in der Textilindustrie durchgeführt werden und es erübrigt sich daher, sie näher zu beschreiben.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein Stoffballen 10 in entsprechenden Lagern eines Gestelles 11 angeordnet und der sich von diesem Ballen abwickelnde Stoff wird unter eine Gruppe von Auftrageorganen 12 geführt, wo eine Seite der Stoffbahn eine erste Imprägnierung erhält.
Diese Imprägnierung wird mit einem Bad durchgeführt, das aus 70 Gew.-Teilen einer zuigen Dispersia von Vinylacetatkunstharz in Wasser, das eine "innere Steifheit" (wie oben definiert) von 1/1 besitzt, aus 15 Gew.-Teilen Titandioxyd und 15 Gew.-Teilssn Wasser besteht. DieBeimischungder angeführten 15 Gew.-Teile Wasser bezweckt, eine homogene Mischung des Pigments mit dem Harz herbeizuführen. Das Auftragen wird derart eingeregelt, dass je m2 des Stoffes 12 g Kunstharz, berechnet auf das Trockenmaterial, entfallen.
Nach dem Auftragen des Harzes gelangt das Material in einen Trockenofen 12', der zweckmässigerweise als Warmluftofen ausgebildet sein kann, wobei die Luft durch eine Dampfheizbatterie oder auf elektrischem Weg erwärmt und mittels eines geeigneten Ventilators in Umlauf gesetzt wird (diese Einrichtungen sind nicht dargestellt). Die Länge des Ofens ist in Verbindung mit der Vorschubgeschwindigkeit der Stoffbahn derart gewählt, dass das Material ungefähr 2,5 Minuten im verbleibt. Die Temperatur im Ofeninneren beträgt 100-1400C. Die Vorschubgeschwindigkeit des Materials beträgt in der Praxis 5-10 m/min.
Beim Durchgang durch die Trockenkammer wird die Stoffbahn in einer oder mehreren, beispielsweise drei - wie in der Zeichnung angedeutet - Etagen geführt. wobei sie über Führungswalzen 13 (von denen die zweite vorzugsweise gekühlt ist) geleitet wird. Nachdem die Bahn schliesslich um die Kühlwalze 14 geleitet wurde, wird sie neuerlich aufgerollt, um den Ballen 15 zu bilden. Dieser Ballen wird nun abermals in die Auftragevorrichtung zum Imprägnieren der andern Seite der Stoffbahn eingeführt. Die Menge des aufgetragenen Kunstharzes kann im allgemeinen auf den beiden Stoff seiten verschieden sein. So kann beispielsweise bei dieser zweiten Auftragung eine solche Menge an Harz aufgetragen werden, dass sich auf der zweiten Seite des Stoffes nach dem Trocknen 7 g trockenes Harz je m' befinden.
Anschliessend wird auf beiden Seiten der Stoffbahn eine weitere Schicht aufgebracht, wobei eine
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40% igue wässerige Dispersion von Vinylacetatharz ohne Pigmentzusatz verwendet wird. Bei diesen zweiten Durchgängen beträgt die Harzmenge, berechnet auf das Trockenmaterial, für die erste Seite 5 g/nr'und für die zweite Seite 4 g/m2. Es versteht sich, dass man nach jedem Durchgang eine Trocknung in der beschriebenen Weise durchführt.
Nach den vier Harzauftragungen wird das Material einer Kalandrierung auf glatten oder gerillten Kalanderwalzen unterworfen. Die erwärmte Walze besitzt eine Temperatur von 70 bis 80 C, der Druck ist ungefähr 10 000 kg für eine Walzenlänge von 1, 60 m und die Vorschubgeschwindigkeit 6-7 m/min.
Das auf diese Weise erhaltene Material wird entsprechend den oben beschriebenen Vorschriften auf seine Steifheit geprüft. Man misst einen Winkel A von 830 in Richtung des Schusses und einen Winkel von 850 in Richtung der Kette. Es wird ferner der Rückbiegewinkel des Materials gemessen, indem man ein Muster von 80 x 10 mm nimmt, es in die Hälfte faltet, so dass seine Abmessungen 40-10 mm werden und diese Muster 5 Minuten lang mit 500 g belastet, wonach das Muster sich frei zurückbiegen lässt. Der Rückbiegewinkel, d. h. der Winkel, welchen die beiden Seiten des Musters, die in belastetem Zustand miteinander in Berührung standen, zwischen sich einschliessen, beträgt in Schussrichtung 780 und in Kettenrichtung 790, welche Werte denen entsprechen, die ein guter, knitterechter Stoff besitzt.
Dieses Ergebnis ist umsomehr beachtlich, als das verwendete Kunstharz praktisch zerbrechlich war und ohne sich merklich zu biegen zerbrach, als es in Form eines Films vorlag. Es war demnach anzunehmen, dass das behandelte Material ähnliche Eigenschaften besitzen müsse und dass die Harzschicht des fertigen Erzeugnisses beim Abbiegen, wenn auch unregelmässig, zerbrechen würde, so dass das Material demnach nicht befähigt wäre, sich nach dem Zerknittern wieder zurückzubiegen. Es ist also völlig überraschend, dass gerade das Gegenteil eintritt und dass das behandelte Material genügend knitterfest ist.
Diese Erscheinung ist bisher noch nicht überzeugend erklärlich. Beachtenswert ist, dass die Harze mit hoher "innerer Steifheit", im Sinne der oben angeführten Definition, welche erfindungsgemäss ausschliesslich verwendet werden, alle zerbrechlich sind, so dass anzunehmen gewesen wäre, dass diese Harze nicht angewendet werden dürften, wollte man nicht ein sehr leicht brechbares und somit wenig oder gar nicht nützliches Material erhalten.
Wird das so gewonnene Erzeugnis auf seine Festigkeit geprüft, dann ergeben sich die folgenden Mittelwerte :
Bruchlänge in trockenem Zustand : 10, 850 m. Relative Zugfestigkeit in feuchtem Zustand (Verhältnis zwischen der Festigkeit im feuchten und im trockenen Zustand) : 73, 70/0. Zerreissfestigkeit im trockenen Zustand, gemessen mit dem Apparat von Elmendorf mit Paketen zu 16 Streifen von 65 mm Breite : 792 g.
Zerreissfestigkeit, wie oben, im feuchten Zustand : 1600 g. Es ist somit überraschenderweise zu bemerken, dass die Zerreissfestigkeit des feuchten Materials weitaus grösser als jene des trockenen Materials ist (der verwendete Apparat gestattet bloss, Werte bis maximal 1600 g zu messen), zum Unterschied von Papier und andern bisher bekannten Materialien dieser Art, deren Festigkeit im feuchten Zustand stets beträchtlich geringer ist als im trockenen Zustand. Diese Eigenheit tritt mehr oder weniger ausgeprägt bei sämtlichen erfindungsgemäss hergestellten Erzeugnissen auf. Beachtlich ist auch die äusserst grosse Bruchlänge im trockenen Zustand, die bei den erfindungsgemässen Materialien im allgemeinen nicht unter 6000 m sinkt, und die relative Zugfestigkeit im feuchten Zustand, die im allgemeinen nicht geringer als 6010 ist.
Beispiel 2: Man verfährt wie im Beispiel l, geht jedoch von einem Stoff aus Polyhexamethylenadipamid von. 45 Denier, 10 Litzen je Faden und einer Torsion von 160 Umdr/m sowohl für die Kette, als auch für den Schuss, aus. Die Eigenschaften des Fertigproduktes entsprechen fast völlig den oben beschriebenen.
Beispiel 3 : Ein Textilstoff wie jener gemäss Beispiel l wird auf die gleiche Weise wie in diesem Beispiel mit einem Bad der folgenden Zusammensetzung behandelt : 16 Gew.-Teile Polymethylmeth- acrylat, 20 Gew.-Teile Titandioxyd und 6, 4 Gew.-Teile Äthylacetat. Die Trockentemperatur beträgt nur 80 C. Die"innere Steifheit"des Harzes beträgt 1/8, die Steifheit des Fertigproduktes 720 in Schussrichtung und 740 in Kettenrichtung. Die mechanischen Eigenschaften des Erzeugnisses entsprechen jenen des Erzeugnisses nach Beispiel 1.
Beispiel 4 : Ein Stoff wie jener gemäss Beispiel 2 wird in der gleichen Weise, wie es in diesem Beispiel angegeben ist, mit einem Bad behandelt, das aus 60 Gew.-Teilen einer 3obigen Polyvinylchloridlösung in einer Mischung aus gleichen Volumen Aceton und Schwefelkohlenstoff, 20 Gew.-Teilen Titandioxyd und 20 Gew.-Teilen der gleichen Aceton-Schwefelkohlenstoff-Mischung besteht, welch' letztere zum Vermischen des Pigments mit dem Harz hinzugefügt werden. Die Trocknungstemperatur beträgt 900C ; die "innere Steifheit" des Harzes ist 1/10, die Steifheit des Fertigproduktes 780 in Schussrich-
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tung und 71) 0 in Kettenrichrung und die mechanischen Eigenschaften des Erzeugnisses entsprechen jenen der Erzeugnisse der vorhergehenden Beispiele.
Auch bei den Beispielen 3 und 4 sind die aufgetragenun liarzmengeil ungefähr die. gleichen wie im
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fes. Im allgemeinen wird so viel Harz aufgetragen, als zur Hrreichung der gewünschten Endsteifheit erforderlich ist, wobei ein Überschuss an Harz sowohl aus Wirtschaftlichkcitsgründen, als auch deswegen vermieden wird, da er das Erzeugnis unnötigerweise gewichtsmässig erschwert und die Fähigkeit des Ma- te. rials, Faltungen rückgängig zu machen, verschlechtert. Die gewünschte Steifheit hängt vom Verwendungszweck ab. Erzeugnisse mit fast vollständiger Steifheit, die dem Karton ähnlich sind, sind nur für besondere Anwendungszwecke erwünscht.
Gewöhnlich wird vorgezogen, dass die Steifheit den Wert 8:, nicht überschreitet und dementsprechend wird die Menge des aufgetragenen Harzes eingeregelt. Oft wird ein biegsameres Erzeugnis erwünscht und in diesen Fällen beträgt der Steifheitswert nicht mehr als 70-75 .
Das Erzeugnis besitzt stets zumindest halbwegs die Fähigkeit, sich zurückzubiegen, wie oben definiert wurde, und der Rückbiegewinkel ist im allgemeinen grösser als 60 .
Jedenfalls muss das erfindungsgemäss hergestellte Fertigprodukt eine, wie oben beschrieben, gemessene Steifheit von mindestens 450 und vorzugsweise von mindestens 60 besitzen. Dies lässt sich mit den erfindungsgemäss anwendbaren Harzen immer erreichen. In Abhängigkeit vom Stoff, vom Harz und von der gewünschten Endsteifheit kann die aufzutragende Harzmenge und gegebenenfalls auch die Anzahl der aufgetragenen Schichten schwanken ; diese Veränderlichen können aber von Fall zu Fall leicht auf Grund der oben stehenden Angaben empirisch festgelegt werden.
Die Struktur des Endproduktes ist in Fig. 1 in einem Schnitt senkrecht zum Schuss schematisch dargestellt. Mit 30 sind die einzelnen Litzen bezeichnet, von welchen jeder Faden 31 im gezeigten Beispiel achtzehn besitzt..
Die Fäden erscheinen insbesondere zufolge der Kalandrierungswirkung abgeflacht, ohne dass jedoch die einzelnen Litzen verformt sind. Wie man sieht, ist das Harz 32 auf und um jeden Faden verteilt, dringt zwischen den Fäden ein und bewirkt eine innige Verbindung der auf die beiden Seiten des Stoffes aufgetragenen Schichten. Zwischen benachbarten Fäden verbleiben zu beiden Seiten Einbuchtungen 33, die trotz der vermindernden Wirkung des Kalandrierens noch fühlbar sind und der Oberfläche des Erzeugnisses ein netzförmiges bzw. körniges Aussehen verleihen. Dies lässt sich auch unmittelbar am Erzeugnis, sowohl durch Materialprüfung, als auch durch Betasten feststellen, weil das blattförmige Material matt und verhältnismässig rauh ist.
Es hat sich gezeigt, dass diese Eigenschaft, entgegen der sich zuerst aufdrängenden Annahme sehr nützlich ist, da sie das Schreiben erleichtert und die Druckeffekte sowie im allgemeinen auch die Verwendungseigenschaften des Materials verbessert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung geschichteter Produkte, insbesondere eines blattförmigen Schreibmaterials, dadurch gekennzeichnet, eass man von einem Stoff aus synthetischen, thermoplastischen Fasern mit vorzugsweise den gleichen Eigenschaften im Schuss und in der Kette ausgeht und dass man diesen Stoff, ohne ihn Temperaturen auszusetzen, die so nahe dem Schmelzpunkt liegen, dass seine Zähigkeit und Biegsamkeit verringert wird, fixiert, dass man auf beide Stoffseiten eine oder mehrere Schichten einer wässerigen Dispersion oder einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel eines Harzes aufträgt, das im Sinne der beschriebenen Definition eine "innere Steifheit" von nicht weniger als 1/12 und vorzugsweise von mindestens 1/4 besitzt,
dass man das Material nach dem Auftragen einer jeden Schicht trocknet und dass man die Auftragung des Harzes solange fortsetzt, bis das Material eine vorbestimmte Steifheit im Sinne der beschriebenen Definition erlangt, die mindestens 450 und vorzugsweise mindestens 600 beträgt.