BE1020790A3

BE1020790A3 - Een driedimensionale geweven stof.

Info

Publication number: BE1020790A3
Application number: BE201200491A
Authority: BE
Inventors: Den Storme Guy Van
Original assignee: Vds Weaving Nv
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-05-06

Description

EEN DRIEDIMENSIONALE GEWEVEN STOF

TECHNISCH VELD

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een driedimensionaal geweven stof en het gebruik van dit driedimensionaal weefsel als steunmateriaal.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Weefsels worden courant gebruikt en uitgetest als dragermateriaal in verschillende toepassingsgebieden zoals tapijt of vloeistoffiltratie. Het dragermateriaal wordt gebruikt als basis om andere lagen op aan te brengen om een gelaagde structuur te verkrijgen.

In tapijten zorgt een gelaagde structuur met een drager materiaal bijvoorbeeld voor de veerkracht van het tapijt. De vezels van de draagconstructie vallen open als er gewicht wordt geappliceerd op het oppervlak van de gelaagde structuur. Eenzelfde manier van omgaan met compressie wordt verkregen in structuren voor autobekleding, zoals die in EP 0 505 788.

Deze gelaagde structuren hebben echter niet de hoge dimensionale stabiliteit die nodig is voor veeleisende toepassingen zoals vloeistoffenfiltratie. Bij vloeistoffiltratie moeten de structuren tussen de lagen van de functionele membranen ervoor zorgen dat de membranen operationeel blijven. Een ineenstorting van de structuren is daarbij zeer ongewenst. Een ander probleem in verband met bestaande driedimensionale stoffen is dat hun levensduur nog steeds beperkt is. Functionele membranen afgezet op bestaande door weefsels ondersteunde structuren hebben immers last van een hoge slijtage.

EP 628649 beschrijft het maken van een maken van een 3D weefsel waarbij 2 evenwijdige weefsellagen worden verbonden door een spacer draad.

WO 2006/015461 beschrijft een platte "geïntegreerde permeaat kanaal membraan" (hierna ook aangeduid als IPC membraan) met twee lagen membraan gecoat op tegenoverliggende oppervlakken van een tridimensionaal weefsel (3D stof) die wordt gebruikt als ondersteuning van de membraan lagen . De 3D stof bestaat uit twee parallelle weefsellagen die van elkaar gescheiden zijn door lussen van monofilament, waardoor een permeaatkanaal ontstaat tussen de membraanlagen. Een verdere ontwikkeling hiervan is beschreven in WO 2008/141935. De membraanlagen zijn gedeeltelijk ingebed in het weefsel en in de aansluitingspunten van de loops.

Hierdoor kunnen deze IPC membranen tegen hoge inwendige overdruk waardoor deze efficiënt terugspoeling ondergaan.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding een driedimensionaal weefsel te voorzien dat gebruikt kan worden als draagstructuur. Deze draagstructuur moet een hoge dimensionale stabiliteit en een verbeterde levensduur voor de toepassing vertonen. Het weefsel dient met grote krachten te kunnen omgaan, gedurende een lange tijd.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Tot dit doel verschaft de uitvinding een weefsel met de kenmerken van conclusie 1. De voorkeursuitvoering van het weefsel van de onderhavige uitvinding worden gedefinieerd in de afhankelijke conclusies en de hiernavolgende beschrijving.

Een weefsel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft een verbeterde driedimensionale stabiliteit. Het weefsel vertoont een hoge sterkte en stijfheid in drie dimensies. Dat is gunstig voor gebruik als een ondersteunende structuur in verschillende toepassingen, zoals in filtratie.

Bovendien is de oppervlaktegladheid van het weefsel verbeterd ten opzichte van de gekende materialen. Dit is bevorderlijk voor de levensduur van de functionele lagen die worden afgezet op het driedimensionale weefsel. De voordelen van de onderhavige uitvinding worden gerealiseerd door toepassing van het 3D weefsel (1) ter ondersteuning van functionele lagen (21, 22).

Hoewel de aanvrager niet wenst te worden gebonden door een technische uitleg van deze effecten, lijkt het erop dat de voordelen afkomstig zijn uit de gecombineerde aspecten dat (I) het 3D weefsel (1) een geweven weefsel is, i.e. dat het twee lagen bevat (11, 12) die elk geweven lagen zijn die een aantal inslag (111, 121) en ketting (112, 113, 122, 123) draden omvatten en (II) genoemde weefsellagen (11, 12) zijn verbonden door spacer draden (131, 132) die worden afgewisseld met inslagdraden (111, 121) van beide genoemde weefsellagen (11, 12) dus de spacer draden (131, 132) zijn verweven met beide genoemde weefsellagen (11, 12).

Verdere verbetering van de stijfheid en sterkte wordt verkregen door toepassing van monofilament draden voor zowel de insläg (111, 121) als ketting (112, 113, 122, 123) draden van zowel de weefsellagen en/of de spacer draden (131, 132) tussen de weefsellagen (11, 12).

Verdere verbetering van de functionaliteit van het 3D weefsel wordt verkregen door de mogelijkheid de inslag (111, 121), ketting (112, 113, 122, 123) en de spacer (131, 132) draden te laten bestaan uit andere types materialen.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

Figuren 1-11 geven een schematische voorstelling weer van een doorsnede in de kettingrichting (loodrecht op de inslagrichting) van specifieke voorbeelden van weefpatronen van geweven 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de inslagdraden (111, 121) vertegenwoordigd door punten en de ketting (112, 113, 122, 123) en spacer (131, 132) draden vertegenwoordigd worden door genummerde lijnen. Een 1/2 V weefpatroon is weergegeven voor de spacer draden in figuren 1 en 7, een 1/4 V weefpatroon in de figuren 2 en 8, een 3/6 W weefpatroon in figuren 3 en 9, een 5/10 W weefpatroon in figuur 4, een 3/8 W weefpatroon in de figuren 5 en 10 en een 5/12 W weefpatroon in de figuren 6 en de 11. Het weefpatroon van de spacer draden is toegelicht door een specifieke nummering voor het aantal inslagdraden, bijv. i[l], i[2], i[ 3], enz., aangegeven onderaan de figuren.

Figuur 12 is een dwarsdoorsnede van een voorbeeld waarin een 3D stof zoals weergegeven in figuur 9 wordt gebruikt als ondersteuning voor een functionele laag.

Figuren 13-23 geven een schematische voorstelling weer van een doorsnede in de kettingrichting (loodrecht op de inslagrichting) van andere specifieke voorbeelden van weefpatronen van geweven 3D stoffen die ook behoren tot de uitvinding waarbij specifieke weefpatronen worden gebruikt.

Figuur 24 geeft een schematische weergave weer van een doorsnede in de kettingrichting (loodrecht op de inslagrichting) van een specifiek voorbeeld van weefpatroon van de geweven stof 3D-01 tot 3D-15 zoals gedefinieerd in Tabel 1.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Het 3D weefsel (1) omvat een eerste (11) en een tweede (12) weefsellaag. Beide lagen (11, 12) zijn geweven lagen en bevatten een aantal inslag (111, 121) en ketting (112, 113, 122, 123) draden, die de inslag- en kettingrichting van het weefsel (1) bepalen. In een voorkeursuitvoering bestaat het 3D weefsel (1) uit een vlak en glad oppervlak zonder de aanwezigheid van gebroken draden of delen van gebroken draden, zodat geen fragmenten uitsteken vanaf het buitenoppervlak van de eerste of tweede weefsellaag (11, 12). Dergelijke fragmenten worden verondersteld de kans op een kortere levensduur te verhogen van enige functionele laag (2) en moeten zoveel mogelijk worden vermeden. Een vlak en glad oppervlak wordt verkregen door het gebruik van monofilament draden voor bij voorkeur alle ketting (112, 113, 122, 123) en inslagdraden (111, 121) van beide weefsellagen.

De weefsellagen (11, 12) zijn onderling evenwijdige lagen die gescheiden en met elkaar verbonden zijn door de spacer draden (131, 132) die worden afgewisseld met de inslagdraden (111, 121) van beide weefsellagen. Deze spacer draden (131, 132) worden ook wel gerefereerd in het veld als zijnde poolkettingdraden, maar in de onderhavige tekst wordt ernaar verwezen als spacer draden. De spacer draden (131, 132) ondersteunen een holle structuur (13), een kanaal tussen de parallele weefsellagen (11, 12). De spacer draden (131, 132) zijn bij voorkeur monofilament draden.

In een voorkeursuitvoering worden de spacer draden (131, 132) geweven in de weefsellagen met een weefpatroon omvattende (a) één of meer afwisselingen tussen de spacer draden en de inslagdraden (111) van de eerste weefsellaag ( b) een overgang van de spacer draden van de eerste (11) naar de tweede (12) weefsellaag, (c) één of meer verwevingen tussen de spacer draden en de inslagdraden (121) van de tweede weefsellaag en (d) een overgang van de spacer draden van het tweede (12) naar het eerste (11) weefsel. Specifieke uitvoeringsvormen van een dergelijk patroon worden weergegeven in de figuren 1 tot 11. Dergelijke weefpatronen zijn bekend in de techniek van tapijten, bijvoorbeeld zoals beschreven in EP-A 505 788, EP-A 628 649, EP-A 1 347 087, EP-A 1 122 347, EP-A 1 666 651 en US 6182708, US 6923219 en US 6343626. Andere 3D stoffen die ook geschikt zijn voor de onderhavige uitvinding worden voorgesteld in de figuren 13 tot 24.

In het weefpatroon van beide weefsellagen van de 3D stoffen, schematisch weergegeven in de figuren 1 tot 11, worden slechts twee kettingdraden (112, 113 en 122, 123) aangegeven. Het is echter een uitvoeringsvorm van de uitvinding dat het weefpatroon van elk van deze weefsellagen meer dan twee kettingdraden kan omvatten. De inslagdraden in deze figuren zijn genummerd zoals aangegeven: i[ 1], i[2], i[3], enz. In het weefpatroon van de 3D stoffen, schematisch weergegeven in de figuren 1 tot 6, is slechts één spacer draad (131) aangegeven. In de figuren 7 tot 11 worden twee spacer draden (131, 132) aangegeven. Het is ook een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding dat één, twee of meer dan twee spacer draden kunnen worden gebruikt in de 3D stof. In een andere uitvoeringsvorm van het weefpatroon van de 3D stoffen, schematisch weergegeven in de figuren 1 tot en met 11, bevat elke weefsellaag slechts één rij inslagdraden, verweven met kettingdraden. Twee of meer rijen van inslagdraden kunnen echter ook gebruikt worden in elke weefsellaag waarbij de inslagdraden van elk van deze rijen verweven zijn met één of meer kettingdraden, zoals schematisch weergegeven in de figuren 13, 14 en 23. In nog een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding kan elk van de twee weefsellagen bestaan uit twee of meer geweven deellagen, waarbij elk van deze deellagen zijn verbonden met elkaar en eventueel op een afstand van elkaar liggen door gebruik van spacer draden zoals hierboven gedefinieerd, Schematisch is dit te zien in figuur 23. Voorbeelden van allerlei weefpatronen voor 3D stoffen zijn schematisch weergegeven in de figuren 13 tot 24.

In een voorkeursuitvoering die zorgt voor een grotere weerstand tegen compressie, is het aantal verwevingen tussen de spacer draden (131, 132) en de inslagdraden (111, 121) van elke weefsellaag een oneven getal groter dan één, preferentieel is dit getal drie, vijf, zeven of negen. Dergelijke weefpatronen zijn ook gekend als "W patroon" omdat de spacer draad een W-vormige pad in elke weefsellaag volgt, zoals schematisch in figuren 3 tot 6 en 9 tot 11 is te zien. Een weefpatroon met slechts één verweving tussen de spacer draden en de inslagdraden produceert een "V" patroon, zoals schematisch in figuren 1, 2, 7 en 8 is te zien. In deze figuren worden de inslagdraden genummerd i[l], i[2], i[3 ], enz. voor het verklaren van deze weefpatronen.

Het meest preferentieel bestaat het weefpatroon van de spacer draden (131, 132) uit drie, vijf of zeven verwevingen tussen de spacer en de inslagdraden (111) van het eerste weefsel (11), een overgang van de spacer draden van de eerste (11) naar de tweede (12) weefsellaag, drie, vijf of zeven verwevingen tussen spacer draden en de inslagdraden (121) van het tweede weefsel (12) en een overgang van de spacer draden van de tweede (12) naar de eerste (11) weefsellaag, zoals schematisch voorgesteld voor een 3/6W, 5/10W, 3/8W of 5/12W patroon in de figuren 3 tot 6 en 9 tot 11.

In een andere voorkeursuitvoering die een grotere weerstand tegen compressie verschaft, is de overgang van de spacer draden (131, 132) tussen beide weefsellagen hoofdzaak loodrecht ten opzichte van elk van de twee onderling evenwijdige weefsellagen. Dit betekent dat de hoek, gevormd tussen de weefsellaag en de spacer draad tussen de twee weefsellagen, een oriëntatie heeft die minder dan 15° afwijkt van 90°, bij voorkeur minder dan 10°, bij voorkeur minder dan 5° maar preferentieel een hoek heeft van 90°. Daarom is een 1/2 V weefpatroon voor de spacer draden meer geprefereerd dan een 1/4 V weefpatroon.

Een zeer geprefereerde uitvoeringsvorm van een dergelijke weefpatroon is een zogenaamd 3/6 W patroon, zoals schematisch in de figuren 3 en 9 is weergegeven. Dit patroon bevat drie verwevingen tussen de spacer draden (131, 132) en drie opeenvolgende inslagdraden (111) van de eerste weefsellaag (11) zoals aangegeven in figuren 3 en 9 met de nummers i[l], i[2] en i[3], een overgang naar de tweede weefsellaag (12) tussen inslagdraad nummers i[3] en i[4] zoals aangegeven in figuren 3 en 9, gevolgd door drie verwevingen tussen de spacer draden en de drie opeenvolgende inslagdraden (121) van de tweede weefsellaag zoals aangegeven in figuren 3 en 9 met de inslagdraden nummers i[4], i[5] en i[6].

Andere, complexere weefpatronen geschikt voor de onderhavige uitvinding worden gevormd door een combinatie van tenminste twee van de 3/6W, 5/10W, 3/8W, 5/12W, 1/2 V en 1/4 V patronen voor de spacer draden. Ook moet het weefpatroon niet identiek zijn voor alle spacer draden en kan een ander weefpatroon worden gebruikt voor elk van de spacer draden. Voorbeelden van zulke complexe weefpatronen zijn schematisch voorgesteld in figuren 13 tot 24.

Het weefpatroon voor de eerste en tweede weefsellaag (11, 12) kan elk weefpatroon zijn die in de techniek bekend is, bijvoorbeeld een patroon zoals weergegeven in figuur 9 of een patroon zoals weergegeven in figuur 24. Eenzelfde keperweefsel heeft het voordeel van een betere vlakheid van de weefsellagen en is daardoor een sterk geprefereerd weefpatroon.

In een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding heeft het 3D weefsel (1) een symmetrische structuur ten opzichte van de holle structuur (13), wat betekent dat het weefpatroon en het aantal draden identiek zijn in beide weefsellagen (11,12). Meer preferentieel geldt de symmetrie ook voor het weefpatroon van de spacer draden (131, 132), wat betekent dat het patroon van een spacer draad (131) wordt weerspiegeld door een andere spacer (132) aan de tegenoverliggende zijde van de holle structuur, zodat beide weefpatronen identiek zijn maar in tegengestelde fase, zoals weergegeven in figuren 7 tot 11 en 20 tot 24. Zeer symmetrische 3D stoffen, waarbij niet alleen het aantal en het weefpatroon van de draden symmetrisch zijn maar ook de chemische samenstelling, vorm, dikte en de sterkte gelijk zijn aan weerszijden van de holle structuur (13), zijn het meest geprefereerd.

De dikte van de 3D stof (1), gedefinieerd door de afstand tussen de buitenvlakken van de eerste en tweede weefsellagen (11, 12), kan variëren van 0,5 tot 10 mm, preferentieel van 1 tot 5 mm, en het meest geprefereerd van 1,5 tot 3,5 mm. Geprefereerd is dat de dikte constant is over de gehele 3D stof.

In een voorkeursuitvoering is de oppervlaktegladheid van het weefsel minimaal. Oppervlaktegladheid van de 3D stof wordt gedefinieerd door de maximale afstand tussen de buitenste punten van de ketting (112, 113, 122, 123) draden en binnenste kruising tussen de ketting ((112,113) of (122, 123)) draden. Een synoniem voor deze afstand is fout.

In een voorkeursuitvoering ligt de fout in een weefsellaag volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding tussen 0 en 0,5 mm, meer preferentieel tussen 0 en 0,2 mm, en meest preferentieel tussen 0 en 0,1 mm. De verbeterde gladheid beïnvloedt de efficiëntie van de functionele lagen waarvoor deze dragerstructuur sterkte geeft.

In een voorkeursuitvoering van een 3D weefsel volgens de uitvinding heeft het 3D weefsel oppervlakken die geen gebroken draden of delen van gebroken draden vertonen. De afwezigheid van oppervlakte onregelmatigheden kan worden waargenomen door lichtmicroscopie.

Het gewicht van het 3D weefsel (1) kan variëren van 100 tot 650 g/m2, of preferentieel van 300 tot 550 g/m2 of het meest preferentieel van 375 tot 425 g/m2.

De diameter van de ketting (112, 113, 122, 123) en inslagdraden (111, 121) kan variëren van 0,01 mm tot 0,50 mm, of preferentieel van 0,03 mm tot 0,30 mm, of het meest preferentieel van 0,06 mm tot 0,20 mm en liefst van 0,10 mm tot 0,17 mm.

De diameter van de spacer draden (131, 132) kan variëren tussen 0,01 mm en 0,80 mm, of preferentieel tussen 0,03 mm en 0,50 mm, of het meest preferentieel tussen 0,10 mm en 0,20 mm.

In een andere voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding omvat het 3D weefsel (1) monofilament kettingdraden (112, 113, 122, 123), monofilament inslagdraden (111, 121) en monofilament spacer draden (131, 132) elk met dezelfde diameter, bij voorkeur in tussen 0,01 mm en 0,50 mm, of preferentieel tussen 0,03 mm en 0,30 mm, of het meest preferentieel tussen 0,06 mm en 0,20 mm.

Elk van de inslag, ketting- en spacer draden bestaan uit monofilament, bicomponent monofilament of tricomponent monofilament draden en bestaan bij voorkeur uit monofilament draden. Deze monofilament draden kunnen uit slechts één draad bestaan, maar het is ook mogelijk dat meer dan één monofilament draad wordt gebruikt, bijvoorbeeld de ketting en de spacer draad kunnen bestaan uit een paar van twee monofilament draden die bruikbaar zijn in het weefproces. Voorbeelden van 3D stoffen waarin een dergelijk paar draden wordt gebruikt in het weefpatroon zijn te zien in figuren 14 en 22, waarbij de twee draden worden uitgebeeld als twee lijnen. Elk draad van de twee draden kan van hetzelfde type, dikte en compositie zijn maar deze twee draden kunnen ook verschillen in eigenschappen zoals dikte, chemische samenstelling en mechanische sterkte.

Elk van de draden van het 3D weefsel (1) kan bestaan uit één of meerdere polymeren gekozen uit een polyester, een polyamide, katoen, carbon, polyphenyleensulphide, natuurlijke vezels, een polyurethaan, een poly(meth)acrylaat, een polyolefine, fenolhars, een polysulfon, een polyethersulfon, een polyetheretherketon, polyetherketonpolystyreen, polypara-fenyleensulfide, polytetrafluorethyleen, Polyvinylchloride of copolymeren daarvan, preferentieel een polyester, een polyamide, polypara-fenyleensulfide of polytetrafluorethyleen, het meest preferentieel een polyester of polyamide. Het polymeer kan een homo-polymeer, een copolymeer van tenminste twee van deze polymeren of een mengsel of combinatie van deze homo-of copolymeren zijn.

Elk van de draden van het 3D weefsel (1) kan een vezel zijn uit de volgende lijst: een polyestervezel, een polyamide vezel, een polyacrylaat vezel, een geoxideerd polyacryl vezel, een polyurethaan vezel, een polyolefine vezel, katoen, natuurlijke vezels, een para-aramidevezel, een meta-aramidevezel, een polybenzobisthiazole vezel, een polyetheretherketon vezel, een polyether keton vezel, een poly para-fenyleen sulfide vezel, een polytetrafluoretheen vezel, een koolstofvezel, een keramische vezel, een boor vezel, een wolfraam vezel, een koperen vezel, een zilveren vezel, een basalt vezel, een alumina vezel of een hoge modulus siliciumcarbide of siliciumnitride vezel. Preferentieel een polyester vezel, een polyamide vezels, een polyolefine vezel, een para-aramidevezel, een meta-aramidevezel of een poly para-fenyleen sulfide vezel, Het meest preferentieel is het een polyester vezel of polyamide vezel.

De weefsellagen (11, 12) hebben bij voorkeur een open ruimte gevormd door gaten in de geweven structuur van tenminste 5%, waardoor een hoge lucht- en waterdoorlatendheid wordt gehaald. In een voorkeursuitvoering varieert de open ruimte van 10% tot 95%, bij voorkeur van 20% tot 80%, meer bij voorkeur van 30% tot 70%. Het 3D weefsel (1) kan gaten bevatten in de geweven structuur van de weefsellagen (11, 12) met een grootte in het bereik van 100 tot 1500 pm, bij voorkeur van 250 tot 1000 pm, het meest preferentieel van 300 tot 700 pm. In een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding is het verschil in open ruimte van beide weefsellagen ten hoogste 10%, preferentieel ten hoogste 5%, het meest preferentieel ten hoogste 2%.

In een voorkeursuitvoering is de holle structuur (13) tussen de inwendige oppervlakken van de eerste en de tweede weefsellaag voldoende groot. Het volume van de holle structuur is bepaald door de afstand tussen de binnenzijden die afhankelijk is van de lengte van de spacer draden en de frequentie van overgangen (aantal per cm) van de spacer draden (131, 132). Deze overgangsfrequentie wordt voornamelijk bepaald door het weefpatroon van de spacer draden en de dichtheid (aantal per cm) van de inslag- en kettingdraden. Het aantal inslagdraden varieert bij voorkeur van 5 tot 100 per cm, preferentieel van 10 tot 30 per cm, het meest preferentieel van 15 tot 25 per cm. Het aantal kettingdraden varieert bij voorkeur van 12 tot 100 per cm, preferentieel van 17 tot 37 per cm, het meest preferentieel van 22 tot 32 per cm. Geschikte waarden van deze parameters kunnen worden gecombineerd om een voldoende groot volume van de holle structuur (13) in het 3D weefsel te krijgen. Bijvoorbeeld, een 3D weefsel met een dikte tussen de 0,5 en 10 mm kan 5 tot 40 inslagdraden per cm bevatten, waarbij elke spacer draad een dikte heeft in het bereik van 0,01 mm tot 0,80 mm en verder 12 tot 42 kettingdraden per cm kan bevatten, waarbij elke kettingdraad een dikte tussen 0,01 mm tot 0,80 mm heeft.

De 3D weefsels (1) kunnen worden gekenmerkt door mechanische parameters, zoals gekend in de literatuur, bijvoorbeeld de treksterkte modulus, de sterkte, rek bij breuk en drukspanning. De definitie van deze parameters wordt beschreven in bijvoorbeeld Properties of Polymers, van DW Van Krevelen, tweede editie, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1976, in het bijzonder hoofdstuk 13, en ook Textbook of Polymer science, door FW Billmeyer, tweede editie, Wiley-Interscience, NY, 1971, in het bijzonder hoofdstuk 4, en ook standaard testmethode voor treksterkte-eigenschappen van dunne plastic platen, zoals gedefinieerd in ASTM D882-10.

Voorkeur 3D weefsels (1) hebben een hoge weerstand tegen vervorming bij een externe belasting. Dit wordt uitgedrukt door de treksterktemodulus van het weefsel die ten minste 30 N/mm2 is, gemeten in de inslag of de ketting richting van het weefsel; deze waarde is preferentieel ten minste 50 N/mm2 en het meest preferentieel ten minste 80 N/mm2. De breukspanning heeft een waarde die, in elke richting, bij voorkeur ten minste 6 IM/mm2, preferentieel ten minste 8 N/mm2 en het meest preferentieel tenminste 10 N/mm2 is.

Voorkeur 3D weefsels (1) hebben een isotrope dimensionale stabiliteit, dit betekent dat de elasticiteitsmodulus ongeveer dezelfde waarde heeft in beide richtingen. In een voorkeursuitvoering is het verschil tussen de twee waarden van de elasticiteitsmodulus, waarbij één waarde gemeten is in de kettingrichting en de andere in de inslagrichting ten hoogste 25%, preferentieel ten hoogste 20% en het meest preferentieel ten hoogste 15%. Ook het verschil tussen de twee waarden van de ultieme sterkte van de stof, waarbij één waarde gemeten is in de kettingrichting en de andere in de inslagrichting, is ten hoogste 25%, preferentieel ten hoogste 20% en het meest preferentieel ten hoogste 15%. Het verschil van de waarden van de rek bij breuk is bij voorkeur minder dan 4%, preferentieel minder dan 3% en het meest preferentieel minder dan 2 %.

Een hoge weerstand tegen samendrukking van het 3D weefsel (1) kan worden verkregen door het aantal overgangen van de spacer draden, bepaald door het weefpatroon van de spacer draden en de dichtheid (aantal per cm) van de inslagdraden, door de dikte van de spacer draden, door het verlagen van hoek van afwijking van de loodrechte oriëntatie van de spacer draden in de overgang tussen de beide weefsellagen en met behulp van stijve spacer draden. Een hoge drukspanning van tenminste 8 N/cm2, preferentieel ten minste 10 N/cm2 en het meest preferentieel tenminste 12 N/cm2 kan worden verkregen door bijvoorbeeld polyester of polyamide als hoofdbestanddeel of zelfs als enige bestanddeel te gebruiken voor de spacer draden, vooral wanneer deze materialen worden gecombineerd met de gewenste frequentie van de overgangen en de geprefereerde dikte van de spacer draden, hierboven beschreven.

In een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt het 3D weefsel (1) gestabiliseerd door verhitting bij een temperatuur van 120 °C of hoger. Bij dit thermisch relaxatie proces worden de spanningen, die tijdens het weven accumuleren in het weefsel verminderd. Het nabehandelen zorgt voor een plat, niet-opkrullend 3D weefsel. De temperatuur en de verwarming periode van dit thermisch stabilisatieproces is afhankelijk van het type van de draden, het weefpatroon en de dikte van de draden. Bij voorkeur is de relaxatietemperatuur hoger dan 150 °C, nog bij voorkeur hoger dan 170 °C, preferentieel hoger dan 180 °C, het meest preferentieel 190 °C. Voor een weefsel met polypropyleen wordt bij voorkeur verhit bij 120 °C. Bij voorkeur wordt niet verhit boven 200 °C.

De verbeterde 3D stabiliteit van het weefsel heeft geen negatieve invloed op de drapeerbaarheid of flexibiliteit van het weefsel. Een weefsel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan buigen over een afstand van 10 cm in zowel de ketting als inslag richting over een hoek van 180 ° met zichzelf. De stof kan ook worden gevouwen op rollen voor transport en opslag.

Specifieke voorbeelden van de 3D weefsels (1) die geschikt zijn voor gebruik volgens de onderhavige uitvinding zijn samengevat in tabel 1.

Tabel 1

• PET betekent een 100 % monofilament polyester vezel • PA betekent een 100% monofilament polyamide vezel, bestaande uit een mengsel van polyamide-6 en polyamide-6.6 • 3D weefsels 3D-05, 3D 06 en 3D-07 zijn thermisch gestabiliseerd door verhitting in een hete luchtoven bij resp. 170, 180 en 190°C met een snelheid van 7 m / minuut • Metingen werden uitgevoerd op de hoek van een weefsellaag en de spacer draad tussen de twee weefsellagen. De hoeken zijn gemeten met behulp van microscopie op een doorsnede van het materiaal. De hoek tussen de spacer en de weefsellagen was 90 + / - 1 °.

Deze voorbeelden zijn geweven met een weefgetouw met een 3/6 W patroon voor de spacer draad en een keper patroon voor de eerste en tweede weefsellaag, met 27 kettingdraden per cm. Een schematische weergave van de weefpatroon is gegeven in figuur 24, waarbij de kettingdraden (112, 113, 122, 123) in elk weefsel (11, 12) en de spacer draden (131, 132) zijn weergegeven. De diameter en het materiaal van elke draad zijn vermeld in tabel 1.

VOORBEELDEN

Specifieke voorbeelden van 3D stoffen volgens de uitvinding staan in tabel 1. Vergelijkbare 3D-stoffen C3D-01: een gebreide 3D-stof waarbij de twee weefsellagen worden gebreid met multifilament polyestervezels en met elkaar verbonden door lussen van monofilament polyestervezels, verkrijgbaar van Müller.

C3D-02: een gebreide 3D-stof waarbij de twee weefsellagen worden gebreid met monofilament polyestervezels en met elkaar verbonden door lussen van monofilament polyestervezels, verkrijgbaar van Müller.

C3D-03: een gebreide 3D-stof waarbij de twee weefsellagen worden gebreid met monofilament polyestervezels en ondersteund door aanvullende ondersteunende vezels, en waarbij de twee weefsellagen met elkaar verbonden zijn door lussen van monofilament polyestervezels, verkrijgbaar van Müller.

DMA vermoeiingstest

Het weefsel volgens de uitvinding 3D-01 en de vergelijkbare stof C3D-01 werden verder gekarakteriseerd door een vermoeiingstest met Dynamic Mechanical Analysis, hierna ook wel DMA. De DMA vermoeiingstest werd uitgevoerd door het gebruik van een TA Instruments-DMA 2980 apparaat. Een monster van de materialen van 40 mm op 6,5 mm werd vastgeklemd met een staallengte tussen de vaste en beweegbare klem van ongeveer 20 mm. De eigenlijke staallengte werd nauwkeurig gemeten door het instrument en werd gebruikt om de amplitude te berekenen die noodzakelijk is voor een verlenging van 0,5% te krijgen. Het staal werd gestrekt bij deze amplitude met een oscillatiefrequentie van 20 Hz. De proeven werden herhaald met een verlenging van 0,2%. De opslag modulus werd gemeten als functie van de tijd. Het optreden van initiële schade werd gedetecteerd door de tijd die nodig was om een afname van de opslagmodulus te hebben. Deze tijd werd gemeten in de kettingrichting, hierna ook aangeduid als "ketting" en in de inslagrichting, hierna ook aangeduid als "inslag" van de 3D stoffen. De resultaten zijn samengevat in tabel 2.

Tabel 2:

De DMA vermoeiingstesten tonen dat het 3D weefsel van de onderhavige uitvinding een grotere weerstand vertoont tegen het optreden van schade zoals breuken of scheuren. Deze weerstand, gemeten bij een rek van 0,5%, is ongeveer 4 tot 6 keer hoger dan de waarde van het vergelijkbare materiaal C3D-01 en dit in beide richtingen. De weerstand is ook even hoog in beide richtingen, terwijl de weerstand van C3D-01 ongeveer 2 maal hoger is in de kettingrichting dan in de inslagrichting. Bij een rek van 0,2% wordt geen schade of afname van de opslagmodulus waargenomen voor 3D-01 gedurende tenminste 8000 minuten, terwijl C3D-01 een daling van de opslagmodulus en schade vertoont na ongeveer 45 minuten. Deze verbeterde dynamische stabiliteit toont de verbetering van de kwaliteit van het 3D weefsel volgens de onderhavige uitvinding wat resulteert in een langere levensduur van het weefsel.

Trekspanning-rek eigenschappen en drukspanning van 3D weefsels

De sterkte-eigenschappen van 3D weefsel 3D-05, 3D-06 en 3D-07 en gebreide 3D stoffen C3D-02 en C3D-03 werden bepaald uit de trekspanning-rekcurve, gemeten volgens ASTM D882-10. Een Instron 4469 met een meetcel van 500N werd gebruikt. De stalen van de 3D stoffen waren stroken van 25 mm op 70 mm die werden getest bij een temperatuur van 22 °C (+/- 1 °C) en een relatieve vochtigheid van 50% (+/- 2%) Een gauge lengte van 70 mm, een grip afstand van 30 mm, een sample rate van 0,015 punten / s, en een treksnelheid van 10,0 mm/minuut werden gebruikt.

Uit de bekomen curves kunnen verschillende mechanische eigenschappen worden bepaald zoals de elasticiteitsmodulus, ook bekend als de modulus van Young, de reksterkte, de uiteindelijke sterkte en de rek bij breuk.

De druksterkte van de 3D weefsels werd ook gemeten met gebruikmaking van een Instron 4469 waarin een meetcel van 5000N werd gebruikt om de 3D-stoffen samen te drukken met een compressieverhouding van 20 mm/minuut tot een compressie amplitude van 1 mm. De resultaten in de ketting- en de inslagrichting zijn samengevat in Tabel 3.

Tabel 3:

Tabel 3 toont dat de 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding een hoge waarde hebben voor de trekmodulus van ongeveer 100 N/mm2. Dit toont de verbeterde stijfheid en sterkte van deze 3D stoffen in vergelijking met de gebreide 3D stoffen C3D-02 en C3D-03, die een veel lagere waarde (15 N/mm2) voor de modulus hebben.

De verbetering van de sterkte blijkt ook uit de hoge waarde van de ultieme sterkte van de 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding, vergeleken met de veel lagere waarden voor de gebreide 3D stoffen.

De hoge modulus van de 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding is telkens in de kettingrichting en de inslagrichting ongeveer gelijk, op een 10 à 15% na. Dit toont het isotrope gedrag van de weefsels en helpt bij de dimensionale stabiliteit van de 3D weefsels ten opzichte van de gebreide 3D stoffen. De gebreide 3D stoffen C3D-02 en C3D-03 zijn gekenmerkt door een anisotrope modulus van 15 N/mm2 ten opzichte van 1 N/mm2 en van 16 N/mm2 te opzichte van 6 N/mm2.

Het hoge isotrope karakter van de 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding is verder ook te zien in het kleine verschil tussen de waarden van de ultieme sterkte, terwijl een veel groter verschil wordt verkregen bij de 3D breisels.

Het hoge isotrope karakter van de 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding is verder ook te zien in het kleine verschil tussen de waarde voor de verlenging bij breuk in elke richting, terwijl een veel groter verschil wordt opgemeten bij de 3D breisels.

De 3D weefsels volgens de onderhavige uitvinding vertonen een hoge waarde voor de druksterkte van ongeveer 12 tot 16 N/cm2 die de verbeterde resistentie tegen compressie van deze 3D weefsels toont, vergeleken met de 3D breisels die een veel lagere waarde (5 N/cm2) hebben.

Dimensionale stabiliteit van 3D weefsels

De dimensionale stabiliteit van 3D weefsel 3D-01 werd bepaald met de volgende stabiliteitstest.

Stalen met een grootte van 250 op 450 mm werden in een waterbad gedurende 20 dagen in normale omgevingsomstandigheden van 20 °C (+/- 1 °C) en 50% RH (+/- 2%) gehouden. Deze monsters werden vervolgens uit het bad gehaald en gedroogd in een klimaatkamer bij 20 °C (+/- 0,5 °C) en 65% RH (+/- 2%). De monsters werden gemeten nadat ze uit het waterbad werden gehaald en na het drogen.

Uit deze metingen kan de dimensionale stabiliteit in waterig milieu en de regeneratie vermogen worden bepaald. De resultaten in de ketting richting en de inslagrichting zijn samengevat in tabel 4.

Tabel 4:

Tabel 4 laat zien dat de 3D weefsels volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding een hoge stabiliteit vertonen in waterig milieu en na drogen van het weefsel.

De afmetingen van het weefsel veranderen slechts minder dan 0,2% in zowel ketting- als inslagrichting na 20 dagen in een waterig bad. Dit toont het isotrope karakter van het materiaal aan.

De afmetingen van het weefsel veranderen minder dan 0,2% in zowel ketting-als inslagrichting ten opzichte van de beginwaarde na drogen. Ook dit toont het isotrope karakter van het materiaal aan.

Claims

1. Een driedimensionaal weefsel (1) omvattende een eerste (11) en tweede (12) weefsellaag, onderling evenwijdig, van elkaar gescheiden en met elkaar verbonden door spacer draden (131, 132), waarbij beide genoemde weefsellagen (11, 12) een aantal inslagdraden (111, 121) en ketting draden (112, 113, 122, 123) omvat, waarbij de spacer draden (131, 132) zijn verweven met de inslagdraden (111, 121) van beide genoemde weefsellagen, en waarbij een hoek gevormd tussen een eerste of tweede weefsellaag en de spacer draad tussen de eerste en tweede weefsellaag 90 ° bedraagt met een afwijking van minder dan 15 °.

2. Een weefsel volgens conclusie 1, waarbij de inslag, ketting en spacer draden monofilament draden zijn, waarbij deze draden gekozen zijn de groep van de natuurlijke vezels, metaal(oxide) vezels, polyester, polyamide, polyurethaan, poly(meth)acrylaat, polyolefine, polysulfon, polyethersulfon, polyetheretherketon, carbon, polyphenylenesulphide, polyetherketonpolystyreen, polypara-fenyleensulfide, polytetrafluorethyleen, Polyvinylchloride, basaltvezels, glasvezels of copolymeren of mengsels hiervan.

3. Een weefsel volgens conclusie 1, waarbij de inslag, ketting en spacer draden mono- of multifilamenten, gesponnen garens, bandjesgarens of rovings zijn, waarbij deze kunnen verschillen van elkaar en gekozen zijn uit de groep van de natuurlijke vezels, metaal(oxide) vezels, polyester, polyamide, polyurethaan, poly(meth)acrylaat, polyolefine, polysulfon, polyethersulfon, polyetheretherketon, carbon, polyphenylenesulphide, polyetherketonpolystyreen, polypara-fenyleensulfide, polytetrafluorethyleen, Polyvinylchloride, basaltvezels, glasvezels of copolymeren of mengsels hiervan.

4. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de hoek van 90 ° afwijkt met minder dan 5 bij voorkeur minder dan 2

5. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de oppervlakteruwheid van het driedimensionaal weefsel, gedefinieerd door de maximale afstand tussen de buitenste punten van de ketting draden (112, 113, 122, 123) en de inwendige dwarsdoorsnede van de ketting draden ((112, 113) of (122, 123)), 0 tot 0,5 mm bedraagt.

6. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de oppervlakteruwheid 0,01 tot 0,2 mm bedraagt.

7. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de spacer draden (131, 132) zijn geweven in beide genoemde weefsellagen (11, 12) met een weefpatroon waarbij er (a) één of meer verwevingen tussen de spacer draden en de inslagdraden van de eerste weefsellaag, (b) een overgang van de spacer draden van de eerste (11) naar de tweede (12) weefsellaag, (c) één of meer verwevingen tussen genoemde spacer draden en de inslagdraden van de tweede weefsellaag en (d) een overgang van de spacer draden van het tweede (12) naar de eerste (11) weefsellaag zijn.

8. Een weefsel volgens conclusie 7, waarbij het aantal verwevingen tussen spacer draden en inslagdraden van de eerste weefsellaag en het aantal verwevingen tussen spacer draden en inslagdraden van de tweede weefsellaag onafhankelijk van elkaar een oneven getal is hoger dan één.

9. Een weefsel volgens conclusie 8, waarbij het aantal verwevingen tussen spacer draden en inslagdraden van de eerste weefsellaag en het aantal verwevingen tussen spacer draden en inslagdraden van de tweede weefsellaag onafhankelijk worden gekozen uit drie, vijf, zeven en negen.

10. Een weefsel volgens conclusie 9, waarbij het weefpatroon van de spacer draden (131, 132) een 3/6 W patroon is.

11. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het aantal inslagdraden varieert van 5 tot 100 per cm en het aantal kettingdraden varieert van 12 tot 100 per cm.

12. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, waarbij tussen de eerste (11) en de tweede (12) weefsellaag nog één of meerdere weefsellagen aanwezig is waarbij de ketting- en inslagdraden in deze extra weefsellagen draden zijn die kunnen verschillen van elkaar en gekozen zijn de groep van de natuurlijke vezels, metaal(oxide) vezels, polyester, polyamide, polyurethaan, poly(meth)acrylaat, polyolefine, polysulfon, polyethersulfon, polyetheretherketon, carbon, polyphenylenesulphide, polyetherketonpolystyreen, polypara-fenyleensulfide, polytetrafluorethyleen, Polyvinylchloride, basaltvezels, glasvezels of copolymeren of mengsels hiervan.

13. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een sterktemodulus van ten minste 30 N/mm2, gemeten in de inslag of de ketting richting van het weefsel.

14. Een weefsel volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een drukspanning van tenminste 8 N/cm2.

15. Gebruik van een driedimensionaal weefsel (1) volgens één der voorgaande conclusies als een steunstructuur in een meerlagige structuur.

16. Methode ter stabilisatie van een driedimensionaal weefsel (1) omvattend de verhitting van een driedimensionaal weefsel volgens één der voorgaande conclusies bij een temperatuur van 120 °C of hoger.

17. Gestabiliseerd driedimensionaal weefsel verkregen volgens de werkwijze van conclusie 16.