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Die mit Schneidelementen versehene Walze kann hergestellt werden, indem man in die Umfangsfläche einer Metallwalze parallele, longitudinale Aussparungen schneidet. Die Aussparungen werden in im wesentlichen gleichmässigen Abständen angebracht und besitzen eine Tiefe von etwa 1270 bis 12700 but. Durch diese Aushebungen bleiben erhöhte longitudinale Reihen von Leisten oder Zähnen von etwa 2, 5 bis 2540 but Breite an der Spitze, vorzugsweise von 2, 5 bis 762 J1. Breite stehen.
Die Aussparungen sind U-förmig oder etwa U-förmig, so dass die Führungsfläche der Leiste senkrecht zur Vorwärtsbewegung der Leiste steht, d. h. einen Arbeitswinkel von 900 aufweist, und die nach hinten fliehende Fläche verläuft senkrecht oder in einem Winkel zur Vorwärtsbewegung, wodurch die Leisten einen Querschnitt erhalten, der im wesentlichen rechteckig, trapezoidal und dreieckig sein kann. Die Leisten werden dann gewindeartig in einem Winkel von etwa 1/2 bis 45 ausgeschnitten, so dass Reihen von Schneidelementen oder Zähnen längs jeder Leiste entstehen. Das Gewinde ist "voll geschnitten" und an der Spitze scharf. Die Schneidelemente können verschiedene Formen haben, sind jedoch vorzugsweise dreieckig mit einem Scheitelwinkel von gewöhnlich 10 bis 700, vorzugsweise 600.
Beim gewindeartigen Schneiden der Zähne werden mehrere getrennte Zeilen in gleichmässigen Abständen am Ende der mit Schneidelementen versehenen Walze begonnen. Im allgemeinen hängt die Anzahl der Zeilen vom Durchmesser der ersten Walze ab, sie liegt meist zwischen 2 und 64. Beispielsweise ist für eine Walze mit 10 cm Durchmesser ein Start mit 6 bis 10 Zeilen normal. In jedem Fall hängt die bevorzugte Anzahl Zeilen von dem gewünschten Fibrillierungsmuster und dem Durchmesser der ersten Walze ab. Die Anzahl an Schneidelementen pro Längeneinheit der Leiste hängt zusammen mit der Anzahl der gestarteten Zeilen und dem Schraubenwinkel des Gewindes. Für die meisten Fibrillierungen gemäss der Erfindung wird die Anzahl der Schneidelemente pro Leiste bei etwa 10 bis 100 und gewöhnlich bei etwa 20 bis 40 pro 2, 54 cm liegen.
Da die Leisten schraubenlinienförmig eingeschnitten sind, sind aufeinanderfolgende Schneidelemente hintereinanderliegender Leisten seitlich gegeneinander versetzt. Die seitliche Versetzung zwischen aufeinanderfolgenden Schneidelementen ist im wesentlichen stets gleich und liegt gewöhnlich bei 13 bis 1270 j,
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nacheinanderfolgender Elemente hintereinanderliegender Leisten gebildet. Form und Grösse der Schneidelemente hängt in jedem Fall vom gewünschten Muster und der Grösse der Fibrillen ab. Je schmalere Fibrillen erwünscht werden, umso schmaler und schärfer müssen die Schneidelemente an der Spitze sein, d. h. sie sollten eher pyramidal als prismoidal sein.
Praktisch kann jede Anzahl von Leistenreihen über 1 erfindungsgemäss verwendet werden. Die Anzahl der
Leistenreihen hängt ab vom gewünschten Muster, dem Durchmesser und der Umfangsgeschwindigkeit der ersten Walze und dem Durchdringungsgrad. Unter"Durchdringungsgrad"wird der Anteil der Höhe des Schneidelements verstanden, der den Film durchstösst. Im allgemeinen wird die Anzahl der Leistenreihen zwischen 4 und 300 liegen.
Der Durchmesser der mit Schneidelementen versehenen Walze muss genügend gross sein, um die benötigte Tragkraft für die beabsichtigte Länge der Walze zu gewährleisten. Das heisst, der Durchmesser sollte so sein, dass die Walze nicht entweder durch Eigengewicht oder die bei der Fibrillierung angewandte Kraft durchgebogen wird. Für Walzen normaler Länge sind Durchmesser zwischen 5 und 30 cm ausreichend. Man kann auch mit Walzen mit grösserem Durchmesser arbeiten, verursacht dadurch jedoch höheren Energiebedarf.
Die Walze sollte aus einem abriebfesten Material, wie wärmebehandeltem Stahl, Stellit, Wolframcarbid od. dgl. hergestellt sein. Die Schneidelemente können noch gesondert behandelt oder zur Verbesserung ihrer Abriebfestigkeit beschichtet werden.
Die Umfangsfläche der Gegendruckwalze ist in Längsrichtung mit Kehlungen versehen, die bei entsprechender Stellung zur andern Walze mit den Leisten auf derselben zusammenarbeiten. Dabei berühren sich die Leisten und die Kehlungen nicht. Das heisst, dass die beiden Walzen sich nicht gegenseitig drehen, sondern getrennt voneinander synchron angetrieben werden. Wie bereits erwähnt, sind die Kehlungen der Gegendruckwalze etwas breiter als die Höhe der Schneidelemente beträgt. Innerhalb dieser Grenze sollte die Breite der Kehlungen so klein wie möglich gehalten werden, damit möglichst viel Umfangsfläche zur Aufnahme der Folie, die zwischen die beiden Walzen eintritt, bereit steht.
Die Gegendruckwalze wird einer merklichen Reibung ausgesetzt, da sie mit der Folie in Berührung kommt, und sich schneller als diese bewegt. Diese Walze wird daher zweckmässig aus Hartmetallen mit niederem Reibungskoeffizienten, wie chrom- oder keramik-beschichtetem Stahl, hergestellt. Auch nichtmetallische Materialien, wie Hartkunststoffe, z. B. Nylon oder Teflon, können verwendet werden. Auch diese Walze weist gewöhnlich einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 30 cm auf.
Die Erfindung und weitere Merkmale derselben werden nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert ; es zeigen : Fig. 1 ein Fliessdiagramm der folienbildenden und folienfibrillierenden Vorrichtung gemäss Erfindung, Fig. 2 eine isometrische Teilansicht der Fibrillierungsvorrichtung nach Fig. l, Fig. 3 eine Draufsicht auf Reihen von Schneidelementen der Fibrillierungsvorrichtung nach den Fig. 1 und 2, und die Fig. 4 und 5 Vergrösserungen von Faserbahnen, die erfindungsgemäss hergestellt wurden.
In Fig. 1 ist ein Extruder --1-- zur Bildung der Folie --13-- ersichtlich, ferner eine
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Orientierungsvorrichtung--3--zur Herstellung einer monoaxial orientierten Folie--13--, Rückhaltewalzen --14 und 15--, eine erste Walze--16--sowie die zweite Walze--17--, ein Motor zum synchronen Antrieb der Walzen-16 und 17-- (das Kupplungssystem der beiden Walzen ist nicht dargestellt), Zugwalzen - 18 und 19--, ein Motor zum Antrieb der Zugwalzen, eine Aufnahmewalze--20-und ein Motor zum Antrieb der Aufnahmewalze--20--. Die Walze--16--wird im Uhrzeigersinn und die Walze--17--in Gegenrichtung betrieben.
Die auf die Folie während der Berührung mit der Walze--17--angewandte Spannung ist von solcher Grösse, dass die Folie straff gegen die Umfangsfläche der Walze--17--gehalten wird. Gewöhnlich liegt diese Spannung bei etwa 42 bis 210 kg/cm2. Bei Spannungen unterhalb etwa 42 at kann die Faserbahn lose Enden und Unregelmässigkeiten aufweisen. Spannungen oberhalb 210 kg/c2 können angewandt werden, führen jedoch zu erhöhter Abnutzung der zweiten Walze und erfordern grössere Energiezufuhr. Die Spannung kann ausgeübt werden, indem man die Folie zwischen Rückhaltewalzen --14 und 15--gemäss Fig. 1 führt, bevor sie zwischen der ersten und der zweiten Walze durchgeht, und sodann zwischen Zugwalzen--18 und 19--.
Die Rückhaltewalzen vor dem Schneidevorgang "verankern" die Folien gegenüber dem Zug der Schneidelemente. Die Spannung kann innerhalb dem obigen Bereich eingestellt werden, indem man die Geschwindigkeit der Zugwalzen auf einen Wert von etwa 1/4 bis 1% grösser als die Geschwindigkeit der Haltewalzen einstellt.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht der Folie--13--, die zwischen der ersten Walze--16--und der zweiten Walze--17--hervorkommt. Teile von Folie--13--und Walze--17--sind weggeschnitten, um
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--21--,Walze--17--im bevorzugten Weg, das heisst unter einem Winkel --a-- eingeführt, durch welchen die Folie zunächst die Umfangsfläche der Walze --17-- berührt. Wie gezeigt, wird der Winkel definiert durch eine Tangente, die vom Punkt ausgeht, an welchem die Folie zum ersten Mal die Walze --17-- berührt, und
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Walzenfläche, d. h. sie hatten einen Arbeitswinkel von 900. Jeder Zahn war an der Spitze auf eine
Rasiermesserschärfe von 600 geschliffen.
Die mit Kehlungen versehene Walze war eine übliche Stirnradwalze mit einem Druckwinkel von 14 1/20.
Sie war 20 cm lang und besass einen Durchmesser von 10 cm. Ferner war sie mit 80 parallelen Kehlungen von
2, 5 mm Breite an der Spitze und etwa 3, 1 mm Tiefe versehen. Die Gegendruckwalze befand sich zur
Schneidwalze in solcher Stellung, dass die Zähne der Schneidwalze beim Betrieb etwa 0, 25 bis 0, 38 mm in die
Kehlungen der Druckwalze eingriffen, die beiden Walzen sich jedoch nicht berührten.
Eine Faserbahn, die auf obige Weise hergestellt worden war, wurde auf etwa die 6-fache ursprüngliche
Breite ausgebreitet und dann auf einer Glasplatte montiert. Die Faserbahn zeigte durchschnittlich etwa 215
Fibrillen pro 2, 5 cm Breite. Jede Fibrille war 0, 076 mm breit, d. h. von 17 Denier, und 3, 8 mm lang. In Fig. 4 ist eine Ansicht eines Teiles dieser Faserbahn wiedergegeben.
Der Winkel, in welchem die Rippen der Faserbahn geneigt sind, ist vom Schraubenwinkel der
Gewindezeilen abhängig. Je kleiner dieser Winkel, desto steiler der Winkel der Rippen. Die Fibrillen, welche die
Rippen verbinden, sind gleichmässig breit und lang. Die Abstände zwischen den Fibrillen sind im wesentlichen gleich. Die Gleichmässigkeit des Materials kann abgeschätzt werden, indem man in beliebigen Intervallen senkrechte Linien durch die Bahn zieht und die Anzahl von Fibrillen, die jede Linie schneiden, abzählt. Je grösser die Anzahl von Fibrillen, desto feiner ist der mittlere Denier jeder Fibrille. Die Abweichungen bei obigen
Zählungen stellen ein Mass für die Gleichmässigkeit dar. Bei nach obigem Verfahren herstellbaren Produkten kann die Anzahl von Fibrillen pro Zentimeter zwischen 10 und 80 oder mehr betragen. Die Standardabweichung geht selten über 1%.
Beispiel 2 : Dieses Beispiel wurde analog wie Beispiel 1 durchgeführt, mit der Abweichung, dass die
Folie mit der Schneidwalze während etwa 200 des Umfangsbogens nach Verlassen der Druckwalze in Berührung blieb. Auf diese Weise wurde ein Produkt erhalten, in welchem die Fibrillen 0, 076 mm breit und 8, 9 mm lang waren ; im Durchschnitt lagen 272 (Bereich 271-273) Fibrillen pro 2, 5 cm Breite vor. Eine Probe dieses Materials wurde auf etwa die llfache ursprüngliche Breite ausgebreitet und auf eine Glasplatte gelegt. Fig. 5 stellt dieses
Material dar.
Beispiel 3 : Dieses Beispiel wurde im wesentlichen analog Beispiel 2 durchgeführt, mit der
Abweichung, dass nach Orientierung und Vorfibrillierung die Folie in Längsrichtung in Streifen bestimmter Breite geschnitten wurde. Nach der Fibrillierung wurden diese Streifen zu Garnen verzwirnt. Der Denier dieser Garne wurde über die Foliendicke und Breite der Streifen bestimmt. Der Griff solcher Garne wurde durch verstärkte
Fibrillierung weicher, d. h., dass mit Fibrillen von feinerem Denier ein besserer Griff erzielt wurde. In einem Fall wurde ein Streifen von 5, 8 mm Breite in dieser Weise verarbeitet, und man erhielt nach dem Zwirnen ein Garn mit 1000 Denier, das einen ausgezeichneten Griff besass.
Beispiel 4 : Dieses Beispiel wurde im wesentlichen wie Beispiel 3 durchgeführt, mit der Abweichung, dass die Extrudiergeschwindigkeit 15 m/min betrug und entsprechend die Umfangsgeschwindigkeit der
Verstreckungswalzen erhöht war, so dass ein Endverstreckungsverhältnis von 7 : 1 erzielt wurde. Die
Schneidwalze besass einen Durchmesser von 10 cm (die der Schneidwalze zugeführte Folie war 8, 9 cm breit). Die Zähne der Schneidwalze waren in 80 parallelen Reihen angeordnet. Sie besassen einen Abstand von 3, 2 mm auf Leisten, die 0, 75 mm breit waren. Jede Leiste enthielt 32 Zähne pro 2, 54 cm, resultierend von 8 Starts mit jeweils 4 Gewindezeilen. Schneid- und Presswalze rotierten mit Umfangsgeschwindigkeiten von 255 m/min.
Das auf diese Weise erhaltene Produkt enthielt 315 Fibrillen pro 2, 54 cm. Jede Fibrille war 0, 076 mm breit und 12, 8 mm lang.
Etwa 450 kg fibrillierte Folie (bestehend aus fünf Bändern von 18, 8 mm Breite) wurden bei diesem Versuch hergestellt. Am Ende des Versuchs betrug die Anzahl Fibrillen pro Zentimeter bei jedem Band den gleichen Wert wie zu Beginn des Versuchs, woraus hervorgeht, dass die Schneidkanten sich nicht veränderten oder messbar unschärfer wurden. Zu diesem Zeitpunkt des Versuchs wurden auch keine sonstigen Unregelmässigkeiten oder Fehlstellen beobachtet.
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