Räumliches Gebilde mit dreidimensionaler netzartiger Struktur. Die Erfindung bezieht sieh auf ein räum liches Gebilde mit dreidimensionaler netz artiger Struktur sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Derartige Produkte finden vielseitige Verwendung, z. B. zur Filtration von Luft, Wärmeisolierung u. a. m., doch sind sie von besonderer Bedeutung als Polstermaterialien, und zwar speziell für die Möbelpolsterung und ähnliche Zwecke.
Bisher war es bekannt, Haare wie ge kräuselte Schweinsborsten in netzartigem Zustand, sei es durch Aufsprühen, Eintau chen oder beidem, zu gummieren. Ferner war es auch bekannt, ein schwammähnliehes Ma terial mit verstärkten Fasern herzustellen, indem man eine Kautschukdispersion oder oder dergleichen veranlasste, durch Aufschaumen derselben in die Zwischenräume eines netz artigen Haargebildes einzudringen.
Bei diesen Verfahren sind jedoch die physikalischen Eigenschaften des Produktes durch die Natur des Faserstoffmaterials be grenzt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, ein neuartiges Produkt mit Eigenschaften, die bisher mit Haaren in der oben beschrie benen Weise nicht erhalten werden konnten, zu erzielen, und insbesondere ein Polster material zu beschaffen, das, wie sich zeigte, ein äusserst leichtes Gewicht mit den Vor teilen einer guten Polsterwirkung und Dauer baftigkeit unter den Gebrauchsbedingungen, wie sie z. B für Möbelpolsterungen gefordert -erden, und; vibrationsdämpfende Eigenschaf ten verbindet.
Versuche ergaben, dass man diesen For derungen mit Ergebnissen entsprechen kann, die sogar von den. mit gekräuselten Haaren erzielten verschieden sind, wenn man unter Einhaltung geeigneter Arbeitsbedingungen natürliche Schafwolle oder deren Äquiva lente als Fasermaterial verwendet.
Ein Beispiel für den grossen Unterschied der vorliegenden: Erfindung vom .Stande der Technik hesteht darin, dass man ohne Anwen dung eines schaumerzeugenden Mittels im Bindemittel oder ohne sonstiges Aufschäu men desselben auskommt, und einfachere, wohlfeilere Massnahmen anwenden kann, da bei aber trotzdem einen, vollkommenen Pol sterkörper erhält, dessen Struktur in allen drei Dimensionen gleichmässig ist und der Eigenschaften aufweist, die denjenigen eines mit Fasern, verstärkten Schwammgummis ver gleichbar sind, wobei jedoch das Gewicht für einen gegebenen Polsterwiderstand, Dauer haftigkeit oder Stossdämpfungsvermögen,
geringer ist.
Das erfindungsgemässe räumliche Gebilde mit dreidimensionaler netzartiger Struktur ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Masse aus urgewobenem, urverfilztem Faser material von der Grösse und Kräuselung von Wolle besteht, wobei die Einzelfasern mit einer Substanz überzogen und an ihren Kreu- zungsstellen durch diese Substanz verbunden sind, welche die elastische Deformierbarkeit des Weichkautschuks aufweist, und die Struk tur des fertigen Gebildes in allen drei Di mensionen praktisch die gleiche Netzform aufweist und das Überzugs- und Bindemittel auf der Faser gleichmässig verteilt ist, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen Überzugs und Bindemittel und Fasermaterial grösser als 2:1 ist.
Das Verfahren zur Herstellung dieses Produktes ist dadurch gekennzeichnet, dass man auf einen ungewobenen und unverfilz- ten, eine offene Netzstruktur aufweisenden, dreidimensionalen Faserflor aus einem Faser material von der Grösse und Kräuselung von Wolle eine wässerige Dispersion eines Ela stomers derart aufbringt, dass die Fasern von demselben überzogen und an ihren Kreu zungsstellen miteinander verbunden werden, eine Mehrzahl so behandelter Faserflorschich ten aufeinandergelegt und miteinander ver klebt, wodurch dem erhaltenen Gebilde seine schliessliche innere Struktur erteilt wird, während es in allen drei Dimensionen eine offenmaschige Netzstruktur aufweist,
wobei das Überziehen und Verbinden in der Weise erfolgt, dass man den Faserflor zunächst mit der genannten Dispersion besprüht und trock net, dann in die Dispersion eintaucht und wiederum trocknet, während die Verklebung durch Aufbringen eines Klebemittels auf das besprühte, getauchte und getrocknete Flor material erfolgt, wobei das Produkt durch diese Behandlungsstufen ein schliessliches Gewichtsverhältnis von Elastomer zum Fa sermaterial erhält, das grösser ist als 2:1.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungs form des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Fasermaterial, das entweder rohe, ver arbeitete oder regenerierte Wolle oder der gleichen sein kann, in einem üblichen Zupfer zerrissen. und anschliessend auf einer Krem pelmaschine zu einem sehr dünnen Faserflor gekrempelt.
Der Flor oder eine kleine Zahl aufeinandergelegter Florschnchten wird dann mit Kautschuklatex oder dergleichen von einer Seite her besprüht, getrocknet, von der andern Seite her besprüht und getrocknet. Das Trocknen erfolgt vorteilhaft in der Weise, da.ss man den Flor durch einen Heiss luftstrom hindurchgehen lässt.
Anschliessend wird der Flor in eine ver dünnte Latexdispersion oder dergleichen ein getaucht und die überschüssige, Flüssigkeit abtropfen gelassen und dann wiederum ge trocknet.
Das erhaltene Material wird dann in meh reren Schichten aufeinandergelegt, wobei man Latex oder ein anderes Bindemittel zur Ver bindung der Schichten verwendet. Auf diese Weise können Gebilde von jeder gewünsch ten Dicke hergestellt werden. Die gesamte hasse wird denn so behandelt, dass das Binde mittel abbindet, d. h. im Falle von Kau- tschuklatex z. B., vulkanisiert. Diese Be handlung kann unter gleichzeitiger Formung durch leichten Druck, z.
B. zwischen Platten, zur Erzeugung von Stücken mit gleichmässi ger Dicke, oder in einer Form zur Erzeugung von bestimmten Formstücken, durchgeführt werden.
Zufolge des dreidimensionalen Charakters der Kräuselung der Woll- oder dergleichen Fasern, in Zusammenwirkung mit dem Binde- mittel, ist im Querschnitt des Produktes eine Streifung kaum zu beobachten, und das Pro dukt hat in allen drei Dimensionen eine aus gesprochene Gitterstruktur, in welcher das Bindemittel gleichmässig auf den Fasern ver teilt ist.
Die bemerkenswerten Eigenschaften des neuen Produktes werden deutlich erkennbar, wenn man es mit Schaumgummi vergleicht, der eine theoretisch wünschenswerte Struktur hinsichtlich der geometrischen Anordnung der Materie im Raum aufweist, jedoch da durch benachteiligt ist, dass er technisch nicht leichter als etwa 72 kg/m' hergestellt werden kann, da er bei leichterem Gewicht während der Gelatinierung zusammenfällt und ferner sein Widerstand gegen Formveränderungen nicht mehr genügt,
um die erforderlichen Belastungen auszuhalten. So hatte z. B. ein Stück polymerisiertes Monochlorivopoen mit einem Gewicht von 44,8 kg/m3 einem Kompressionswiderstand von nur 5,27 g/cm', während eine analoge Probe des erfindungsgemässen Produktes, die nur 40 kg/m3 wog, einen solchen von etwa 35,15 g/cm2 aufwies. Das Verhältnis vom Kautschuk zum Faserstoff betrug dabei 3:1, und das Produkt eignet sich infolge seines ausserordentlich niedrigen Gewichtes als Überzugspolster auf Federkästen von Auto sitzen oder auf Federmatratzen.
Die erzielten neuen und überraschenden Ergebnisse sind, nach Ansicht des Erfinders, ausser den angewandten Massnahmen auch einer oder mehreren Eigenschaften des Fa- sermatierials zuzuschreiben, da, sieh Wolle oder wollähnliche Fasern von den bisher ver wendeten Haaren in folgenden Beziehungen stark unterscheiden.
1. Naturwolle besitzt einen Faserdurch messer von etwa 0,015-0,025 mm im Ver gleich zu 0,127-0,178 bei Vieh- oder Schweinehaar.
2. Die mittlere Wellen- oder Schleifen zahl (Kräuselung) pro 25,4 mmn liegt bei Wolle zwischen 15 und 25 zum Unterschied von etwa. 1 bis 3 bei gekräuseltem Tierhaar.
3. Die Dichte der Wolle ist etwa 1,3, ver glichen mit etwa 1,15 des Haares.
4. Betrachtet man die Wirkungsweise eines gummierten Gespinstes aus Wolle oder Haar als analog derjenigen einer Sprung- Ader, ist das Verhältnis des Faserdurchmes sers zum Federdurchmesser bei Wolle klei ner als bei Haar, und infolgedessen sowie infolge der grossen Windungszahl pro Län geneinheit ist die Spannung im Wollgespinst und seinem Überzug kleiner als bei gummier tem Haar, wenn man in beiden Fällen pro portionale, gleichmässig verteilte Überzüge voraussetzt, so dass die überzogene Wolle bei Beanspruchung weniger ermüdet.
Infolge der Feinheit der Wolle und ihrer Kräuselung und ferner infolge des dreidimensionalen Cha rakters der letzteren in der Einzelwollfaser besitzt die Masse des gebundenen Wollpro- duktes gleichzeitig als Ganzes einen hohen Widerstand gegen Kompressionskräfte im Verhältnis zu ihrem Gesamtgewicht; insbe sondere auch, weil geeignete Massnahmen vor gesehen werden, um eine gleichmässige Ver teilung des Bindemittels auf den Fasern zu gewährleisten.
5. Wolle ist eine hochelastische Substanz mit einer Bruchdehnung von 30 % bis sogar 50 %, so dass sie auch diesbezüglich ganz ver schieden von Haar ist.
6. Wolle besitzt pro Gewichtseinheit eine viel grössere Oberfläche zur Aufnahme des Bindemittels als Haar, so dass sie, abgesehen von den durch Überladung bedingten Unregel mässigkeiten in der Verteilung, eine grössere Bindemittelmenge aufnehmen kann, was zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften im Produkt, ohne dasselbe übermässig schwer zu machen, wichtig ist.
EMI0003.0009
Nimmt <SEP> man <SEP> folgendes <SEP> an:
<tb> Dichte <SEP> der <SEP> Wolle <SEP> = <SEP> 1,30
<tb> Dichte <SEP> von <SEP> Haar <SEP> = <SEP> 1,15
<tb> Mittlerer <SEP> Durchmesser
<tb> der <SEP> Wollfaser <SEP> = <SEP> 0,0254 <SEP> mm
<tb> Mittlerer <SEP> Durchmesser
<tb> der <SEP> Haarfaser <SEP> = <SEP> 0,152 <SEP> mm so werden 453 g Wolle durch eine Einzel faser von 6733,692 km Länge dargestellt, .die eine Gesamtoberfläche von 53,55 m2 besitzt. Das gleiche Haargewicht entspricht einer Faserlänge von 21,13 km mit einer Gesamt oberfläche von 10;85 m2.
Die für die Ablagerung des Kautschuks zur Verfügung stehende Fläche steht also im Verhältnis von mindestens: 5:1. Dies ist wich tig für die Bildung eines permanentelasti schen, gummierten Fasergitters:. Es wurde gefunden, dass bei einer gegebenen Gesamt dichte des gummierten Materials von z. B. 48 kg/m3 die Dauerhaftigkeit in direkter Ab hängigkeit vom Verhältnis zwischen (gleich mässig verteiltem) Kautsehuk und F'a@sermate- ria1 ist.
D. h., dass ein Material aus 2 kg Kau tschuk und 1 kg Fasern (Verhältnis 2:1) einen Körper mit beständigerer Elastizität darstellt als einer, der 1,5 kg von jedem eilt- hält (Verhältnis 1:1), und dass ein solcher, der 2,5 kg Kautschuk und 0,5 kg Fasern (Verhältnis 5:1) enthält, den Materialien mit einem Verhältnis von 3:1 oder 4:1 über legen ist.
Dieses Ergebnis ist jedoch abhängig von der Fähigkeit des Kautschuks, sich gleich mässig im Gesamtraum zu verteilen. Bei ge wöhnlichem gummiertem Haar ist das Ver hältnis von Faserstoff zum Bindemittel etwa 1:1. Wenn man versucht, mehr Kautschuk auf das Haar aufzubringen, so wird die Ab lagerung unregelmässig, d. h. es bilden sich auf den Fasern Kügelchen und Tröpfchen (Perlen). Dickere Umhüllungen sind kein Ersatz für eine grosse Zahl von gummi- umhüllten Fasern.
Ein engmaschiges Gitterwerk hat, wie sich zeigte, ass Polstermaterial auch noch den weiteren Vorteil, dass die vibrationsdämpfen- den Eigenschaften eines gitterartigen Mate rials, mit abnehmender Maschengrösse, rasch zunehmen.
7. Das mit Wolle verstärkte Produkt be sitzt eine physikalische Struktur, in der die Anzahl der Bindungen zwischen den Fasern von derjenigen des nach den bisherigen Ver fahren hergestellten gummierten, offen maschigen Fasermaterials verschieden ist. Man kann die gebundenen Wollprodukte aus Analogiegründen im wesentlichen als makro skopisches Modell eines Kautschukmoleküls betrachten, das, entsprechend den neuesten Erkenntnissen aus mehr oder weniger gewun denen oder gerollten Ketten besteht, die an bestimmten Stellen durch Querbindungen zu- sammengehalten sind. Die gewundenen oder gerollten Moleküle werden durch Wollfasern und die Bindungen durch die mit Latex ver klebten Stellen dargestellt.
Man kann die Anzahl der Querbindungen im erfindungsgemässen Produkt leicht be rechnen und mit denjenigen eines Produktes von vergleichbarem Volumen und Gewicht aus gummiertem Haar vergleichen.
Nimmt man in beiden Fällen an, dass 453 g Fasermaterial gleichmässig in einem Raum von 283 c2 verteilt sind, und dass je ein Drittel der Fasern in Richtung der x-, y- und z-Achse verlaufen, so wird man fest stellen, dass die Querverbindungen in einem gegebenen Volumen des erfindungsgemässen Produktes 30 000mal häufiger erwartet wer den können als bei gummiertem Haar.
B. Jede der drei Benetzungs- und Trock nungsmassnahmen erhöht in ausgesprochener Weise die Dicke des Faserflors, und diese Zunahme ist nicht nur die Folge des Binde mittelzusatzes, sondern offensichtlich auch in hohem Masse die Folge einer Zunahme der dreidimensionalen Kräuselung der Woll- fasern, die durch die Netz- und Trocknungs- behandlungen bewirkt wird, wobei möglicher weise auch eine ungleichmässige Schrumpfung des Bindemittels beim Trocknen eine Rolle spielt.
Ein weiterer möglicher Faktor kann darin erblickt werden, dass bei der gegensei tigen Verbindung der Fasern an ihren. Kreu- zungsstellen die flüssige Dispersion die Fa- sern. an diesen Stellen voneinander trennen kann, indem sie durch Kapillarwirkung zwi schen diese hineingezogen wird. Infolge der sehr grossen Zahl solcher Kreuzungsstellen in Wolle oder dergleichen kann dieser Faktor recht gross werden.
Was auch der Grund sein mag, ist diese Zunahme der Dicke des Faserflors jedenfalls eine ausgesprochene, und da sie kumulativ ist, ist die Dicke der Faserschichten im fer tigen, geschichteten Produkt in der Regel ein Zwei- oder Mehrfaches der ursprünglichen Dicke des unbehandelten Flormaterials.
Infolge-der Verdickung der Faserbahnen in dem aufeinanderfolgenden Netz- und Trocknungsoperationen kann man ein Polster von ziemlicher Dicke aufbauen, auch wenn man verhältnismässig nur wenige Schichten des behandelten Materials aufeinanderstapelt.
Obschon man vorzugsweise Naturwolle in ihrer ursprünglichen Form, z. B. als Kämm linge oder aber regenerierte Wolle, die infolge ihrer kurzen Faserlänge gute Resultate gibt, verwendet; kann maü an Stelle derselben auch andere Fasern verwenden, die ähnliche Eigenschaften wie Wolle aufweisen, z. B. ge kräuselte, feintitrige Kunstseide, wie sie von der Celanese Rayon Corporation geliefert wird, und gekräuselte Kaseinfasern, die z. B. von der National Dairy Products Corporation in den Handel gebracht werden.
Das Vorhandensein einer ausgesprochenen dreidimensionalen Krümmung, Kräuselung oder Wellung in der Faser ist für das vor liegende Verfahren ein erwünschtes Merk mal. Es wurde gefunden, dass die spezielle Eigenschaft künstlich erhöht werden kann, wenn man die Kräuselung fixierende Mass nahmen anwendet. Dies ist besonders dann zweckmässig, wenn man regenerierte Wolle. d. h. Wolle aus Tuchabfällen oder Lumpen, verwendet.
Bei der Herstellung von regenerierter Wolle oder Shoddy werden Tuchabfälle oder Wollumpen in der Regel nach Qualität und Farbe sortiert und, sofern sie Beimischun gen aus Baumwolle enthalten, carbonisiert. Letztere Massnahme besteht in einer chemi schen Behandlung, z. B. mit Salzsäuregas, das die vegetabilischen (cellulosischen) Fa sern zerstört, die Wollfaser aber unverändert lässt. Die Lumpen oder Abfälle werden dann gerupft und kardiert, um sie in eine lockere Masse aus einzelnen Wollfasern überzuführen.
Es wurde festgestellt, dass gestrickte Wollabfälle für das vorliegende Verfahren besser geeignet sind als gewobene Abfälle, was offenbar darauf zurückzuführen ist, dass die besonderen Maschenformen, die beim Stucken gebildet werden, die dreidimensio nale Kräuselung der Einzelfasern erhöhen.
Die natürliche Kräuselung kann noch ver stärkt und das Produkt verbessert werden, wenn man die gestrickten Lumpen oder Ab fälle einem Verfahren unterwirft, durch das die Kräuselung fixiert wird. Diese Verfahren beruhen auf der vermutlich richtigen An nahme, dass die Keratinketten in der Wolle an bestimmten Punkten durch Disulfiddop- pelbindungen zusammengehalten werden, und dass man diese Querverbindungen durch ge wisse Behandlungen aufheben und an- schliessend wieder herstellen kann. Wenn nun die Aufhebung und Wiederherstellung der Bindungen vorgenommen wird, solange die Fasern (wie in einem Gewirke) in verstärk ter Kräuselung gehalten Bind, wird der Ein zelfaser eine permanente Kräuselung oder Wellung aufgezwungen.
Praktisch kann die Fixierung der Kräu selung durchgeführt werden, indem man die gewirkten Abfälle oder Lumpen z. B. mit einer Lösung von Natriumbisulfit oder Thio- glykolsäure behandelt und anschliessend dämpft. Auch eine in der Färberei bekannte Beizbehandlung, z. B. mit einem Chromsalz und Schwefelsäure, ergibt diesbezüglich gün stige Resultate.
Das Wollmaterial. wird in einen. Färbe apparat gebracht, der kaltes Wasser enthält. Dann wird Natriumbichromat in einer Menge von 3 % des Wollgewichtes zugegeben und hierauf Schwefelsäure von 66 B6 ebenfalls in einer Menge von 3 % des. Wollgewichtes. Das Bichromat wird vor dem Zusatz gut ge löst und die Schwefelsäure mit kaltem Was ser stark verdünnt. Der Apparat wird dann eingeschaltet und das Bad langsam zum Sie den gebracht.
Man lässt 45 Minuten lang sie den, hernach die Badflüss.igkeit ablaufen und wäscht das, Material gut aus.
Der Kautschuklatex kann auch durch syn thetische Latnces und künstlich wässerige Dis persionen von natürlichen und synthetischen Kautschuken, deren Regenerate, Ersatzpro dukte und dergleichen Substanzen, ersetzt werden.
Es ist nicht notwendig, ein die Abbin- dung förderndes Mittel zu benutzen, da. das Abbinden schon durch Verdampfen des Was sers bei der Trocknung erfolgt und die Misch technik vor allem durch das Erfordernis einer guten Lagerungsbeständigkeit, Transport fähigkeit, .Spritz- und Tauchfähigkeit der Dispersionen beeinflusst wird. Eine Vulkani- sierung ist erwünscht, aber nicht unerlässlich.
Es empfiehlt sich, dass die Faserbahn oder die aufeinandergelegten Faserbahnen eine gut gekrempelte, offene Struktur besitzen, wenn sie bespritzt werden, jedoch so dick sind, dass Materialverluste infolge Durchschlagens und Weggehens des Latex in der Absaugvorrich tung vermieden werden. Um diesen beiden Gesichtspunkten gerecht zu werden, können die Faserbahnen sehr dünn ausgekrempelt werden, wonach man vor dem Spritzen meh rere derselben aufeinanderlegt. Auch kann gewünschtenfalls eine etwas bevorzugte An ordnung der Fasern in einer Richtung da durch kompensiert werden, dass man die ein zelnen Bahnen kreuzt, indem man z.
B. die in der Textilindustrie bekannten Kreuzwik- kelmaschinen verwendet Die Gleichmässigkeit der Ablagerung des Kautschuks oder dergleichen auf den Fasern, die von grosser Bedeutung ist, ist bei Fasern, die nicht benetzbar sind, ein Problem. Dies ist insbesondere bei Naturwolle der Fall, deren Fasern infolge ihres Charakters oder der Behandlung bei Textilprozessen mit fet tigen oder öligen Substanzen überzogen sind.
Taucht man solche Wolle in Latex und nimmt sie nachher wieder heraus, so erhält man einen ungleichmässigen Überzug. Es bil den sich insbesondere an den Kreuzungsstel len Kügelchen und leere Stellen, die nicht überzogen sind.
Es wurde gefunden, dass eine gleichmässige Verteilung durch verschiedene Massnahmen erreicht werden kann: a) Die Wolle kann durch Entfettung, Ex traktion, Waschen mit Lösungsmitteln oder nach irgendeiner bekannten Methode vom an haftenden Fett befreit werden. Dann wird ein Netzmittel auf die Wolle aufgebracht, das man aufspritzt oder durch Tauchen auf- bringt. Wenn man das so behandelte Produkt mit Latex bespritzt oder in Latexlösung ein taucht, wird eine befriedigende Verteilung des Latex auf seiner Oberfläche erhalten.
b) Eine andere sehr geeignete Methode ist die folgende: Das Material, das nicht unbedingt entfet tet sein muss, wird durch Spritzen oder Ein tauchen mit einem Oberflächen-Koagulier- mittel überzogen.
EMI0006.0027
Beispiele <SEP> für <SEP> das <SEP> Koaguliermittel:
<tb> Beispiel <SEP> 1:
<tb> Methanol <SEP> 60,0 <SEP> Teile
<tb> Aceton <SEP> 20,0 <SEP>
<tb> Ca-Nitrat <SEP> 12,5 <SEP>
<tb> CaCl2 <SEP> (Exsikatorqualität) <SEP> 12,5 <SEP>
<tb> Übliches <SEP> Handelsprodukt <SEP> mit <SEP> 4 <SEP> Mol.
<tb> Wasser.
<tb> Beispiel <SEP> 2:
<tb> Methanol <SEP> 80 <SEP> Teile
<tb> Ca-Nitrat <SEP> 20 <SEP> Das Koagulationsmittal wird abtropfen und trocknen gelassen, was in irgendeiner Stufe vor dem Tauchprozess geschehen. kann, d. h. im Ausgangsmaterial vor dem Krem peln, oder man kann das durch Aufsprühen verfestigte Faserband vor dem Eintauchen in das Latexbad in ein Bad mit dem Koagulier- mittel führen.
Ein grosser Vorteil der Koaguliermittel- Tauchmethode ist der, dass der Überzug eine gleichmässige Dicke aufweist, indem dem Abfliessen durch die Koagulationsvorgänge entgegengewirkt wird. Die Dicke der Ab lagerung wird durch die Latexkonzentration und die Tauchdauer beeinflusst.