Verfahren zur Herstellung von seitlich stellenweise gequetschten Kunststoffäden oder -garnen
Kunststoffasern werden im allgemeinen durch das Auspressen einer Kunststoffmasse durch feine Düsen hergestellt, weshalb die fertigen Fasern über ihre gesamte Länge eine gleichmässige Oberfläche aufweisen.
Naturfasern dagegen sind gekräuselt und zeigen eine schuppige Oberfläche. Dieser Unterschied der äusseren Form hat, neben anderen, einen wichtigen Einfluss auf deren weitere Bearbeitbarkeit und es sind schon viele Anstrengungen unternommen worden, auch die äussere Form der Kunststoffasern an die der Naturfasern anzugleichen.
Die glatten Kunststoffasern lassen sich aber nicht nur schlechter als Naturfasern bearbeiten, das fertige Produkt weist wegen der geringeren Haftung der Fasern untereinander und an einer möglicherweise verwendeten Unterlage meistens eine geringere Haltbarkeit auf, was besonders dann bemerkbar ist, wenn die mit solchen Kunststoffasern hergestellte Fertigware einer starken Abnutzung ausgesetzt sind, wie das beispielsweise für textile Flächengebilde gilt.
Es sind darum schon Verfahren vorgeschlagen worden, die Oberfläche von Kunststoffasern aufzurauhen oder zu verformen.
Ein Verfahren, mit dem Kunststoffasern mit schuppenförmigen Oberflächen erzeugt werden können, ist in dem belgischen Patent Nr. 527 978 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden thermoplastische Fasern beim Durchlauf durch eine erste Kammer durch die Einwirkung von Wärme erweicht und danach unter dem Einfluss periodischer Impulse oder beispielsweise Ultraschallschwingungen Oberflächenunregelmässigkeiten erreicht, die anschliessend durch einen parallel zur Faser gerichteten Strahl eines Fluid schuppenförmig verformt und zugleich durch Abkühlung verfestigt werden.
Die praktische Ausführung dieses Verfahrens ist jedoch ausserordentlich schwierig, denn es müssen für jede Art von Fasermaterial und Faserabmessungen drei unterschiedliche Arbeitsparameter eingeregelt und überwacht werden, was nicht nur Erfahrung und Geschick beim Bedienungspersonal, sondern auch kostspielige Einrichtungen erfordert.
Ein anderer Kunststoffaden mit periodisch veränderlichem Fadendurchmesser ist in dem USA-Patent Nr. 2 866 256 beschrieben. Zu dessen Herstellung wird eine zähflüssige Kunststoffmasse mit periodisch ver änderlichem Druck durch Spinndüsen in ein Koagulierbad gepresst, wobei der Durchmesser der aus den Spinndüsen austretenden Kunststoffasern in Abhängigkeit vom wirksamen Pressdruck verändert wird. Dazu sind nur Kunststoffe mit thixotropen Eigenschaften verwendbar, und die damit hergestellten Verformungen entsprechen abwechselnden gleichmässigen Vergrösserungen und Verkleinerungen des Fadenquerschnitts und weisen verhältnismässig stetige Übergänge auf, weshalb die dadurch hergestellten Fäden nicht immer die zum weiteren Verarbeiten angestrebte Rauhigkeit aufweisen.
Ein weiteres Verfahren zum Kräuseln bzw. Verformen thermoplastischer Fasern unter alleiniger Einwirkung von Hitze und Druck ist in der Deutschen Auslegeschrift Nr. 1 114 416 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die thermoplastischen Fasern nach dem Durchlaufen der Krempel im Vlies in Prägeapparaten verformt. Dabei werden notwendigerweise im Vlies benachbart liegende Fasern gleichartig verformt, was zum periodischen Auftreten der Kräuselung oder Verformung im gesponnenen Garn führen kann.
Bei noch einem anderen, in der USA-Patentschrift Nr. 3 069 726 beschriebenen Verfahren werden zum Erzeugen von Kunststoffäden, bei denen undurchsichtige, Metallglanz aufweisende Teile mit durchsichtigen Teilen abwechseln, die ursprünglichen Fäden in vorgegebenen Abständen mechanisch verformt, vorzugsweise eingekerbt, und anschliessend gezogen, wobei die Dehnung bei den mechanisch vorverformten und bei den nicht vorverformten Teilen verschieden gross ist. Dieses hauptsächlich zum Erzeugen dekorativer Effekte verwendete Verfahren führt zu Fäden mit unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Festigkeit, deren Verwen dungsbereich relativ stark eingeschränkt ist.
Auch in der USA-Patentschrift Nr. 2917779 ist schon ein Verfahren zum Verformen von Kunststoffgarn beschrieben. Dieses Verfahren ist vorzugsweise für
Fasern aus Polyester vorgesehen und wird in drei Verfahrensschritten durchgeführt. Zuerst werden nicht gestreckte Fasern bei einer Temperatur, die zwischen der Umwandlungstemperatur zweiter Ordnung des amorphen Polyesters und der minimalen Kristallisationstemperatur liegt, plastifiziert. Dann werden die Fasern im plastischen Zustand in mindestens einer Richtung in Gegenwart von Wasserdampf durch ein Paar zusammenwirkender, an der Oberfläche mit Rillen versehen er, Walzen verformt. Schliesslich wird durch Ziehen der Fasern im nichtplastischen Zustand eine Ausrichtung der Moleküle in den Fasern angestrebt.
Dieses Verfahren ist nicht nur relativ schwierig auszuführen, sondern erfordert auch komplizierte und teure Einrichtungen. Ausserdem kann auch bei diesem Verfahren durch das für die molekulare Ausrichtung vorgesehene Ziehen der Fasern die Festigkeit dieser Fasern nachteilig beeinflusst werden.
Die französische Patentschrift Nr. 1 480 891 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Kräuseln von thermoplastischem Kunststoffgarn sowie eine Vorrich- tung zur Durchführung des Verfahrens. Das Kunststoffgarn wird zunächst mit Hilfe von Wasserdampf benetzt und danach durch zwei ineinandergreifende Organe unter Wärme und Druck verformt. Diese Organe bestehen aus mit einem Zahnkranz versehenen Walzen, wobei die Zähne radial und transversal in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Dadurch erhält das Garn eine in Längsrichtung periodisch gewellte bzw. sinusförmige Oberflächenstruktur eines gleichmässig gewellten Bandes. Die Bandfläche desselben fällt mit der Richtung der Walzenachsen zusammen.
Die Gleichmässigkeit der hervorgerufenen Oberfläche und besonders die einseitige flächenhafte Ausrichtung des Garns ist für die weitere Verarbeitung sehr ungünstig und wirkt sich nachteilig auf die Haltbarkeit des damit hergestellten Gewebes aus.
In der belgischen Patentschrift Nr. 659 482 ist weiterhin ein Verfahren zur Verformung von Fasern angegeben deren Oberfläche aus thermoplastischem oder verformbarem Material besteht. Dabei wird die Faser mit einem Überzug aus verformbarem Material versehen, dieses dann erweicht und zwischen einem Paar zusammenwirkender Walzen unter Druck verformt. Die Walzen sind auf ihrer Oberfläche mit sägezahnförmigen Zähnen versehen. Die beiden Seitenflächen der Zähne bilden mit der Durchlaufrichtung der Faser bestimmte, voneinander stark verschiedene Winkel. Dadurch wird der Faser in Längsrichtung eine gleichmässige, sägezahnförmige Struktur verliehen. Jedoch hat die Faser wieder die Form eines Bandes, dessen Breitseite parallel zu den Walzenachsen verläuft. Diese Gleichmässigkeit der Oberfläche und bandähnliche Struktur ist für die Weiterverarbeitung wiederum unerwünscht.
Nach der genannten belgischen Patentschrift werden deshalb einige solcher verformter Fasern verfilzt, um eine grö ssere Ungleichmässigkeit der Faseroberfläche zu erzielen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die geschilderten Nachteile zu beheben.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von stellenweise seitlich gequetschten Kunststoffäden oder -garnen ist dadurch gekennzeichnet, dass aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellte Fäden oder Garne zwischen mindestens einem Paar zusammenwirkender, geheizter und auf ihrer Oberfläche mit Zähnen versehenen Walzen durchgeführt und dabei durch die gleichzeitige Einwirkung von Kontaktwärme und -druck stellenweise gequetscht werden, ohne dass ein nachträgliche Streckung vorgenommen wird.
Gegenüber dem bereits bekannten Verfahren weist das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil auf, dass damit drei Arbeitsgänge gleichzeitig durchgeführt werden können. Diese sind das Durchführen der Kunststofffäden oder -garne, das Erweichen und das stellenweise Quetschen derselben unter gleichzeitiger Einwirkung von Kontaktwärme und -druck, ohne dass nachträglich eine Streckung vorgenommen wird. Dadurch kann das Verfahren gegenüber den Entgegenhaltungen sehr vereinfacht werden. Da das Verfahren in Gegenwart von Luft durchgeführt werden kann, sind auch keine weiteren besonderen Vorkehrungen notwendig wie beispielsweise bei der USA-Patentschrift Nr. 2 917 779, bei der nur die reine Verformung in Gegenwart von Wasserdampf stattfindet.
Da die Kunststoffäden oder -garne zwischen zwei mit an ihren Oberflächen mit Zähnen versehenen Walzenpaaren durchgeführt und dabei stellenweise seitlich gequetscht werden. können sie deshalb keine in Längsrichtung periodisch gewellte sinusförmige Oberflächenstruktur eines gleichmässig gewellten Bandes aufweisen, wie dies bei den anderen vorbekannten Verfahren, beispielsweise nach der französischen Patentschrift Nummer 1 480891 und der belgischen Patentschrift Nummer 659 482 der Fall ist, bei welchen ineinandergreifende, walzenförmige Organe verwendet werden.
Die zu verformenden Kunststoffäden oder -garne brauchen auch nicht vor der Verformung vorbehandelt zu werden oder besondere Eigenschaften aufzuweisen, und es ist unnötig, diese nach der Verformung anschlie ssend noch zu ziehen, wie beispielsweise nach der USA Patentschrift Nr. 3 069 726 und der belgischen Patentschrift Nr. 527 978. Ausserdem ist das erfindungsgemässe Verfahren unabhängig vom Herstellungsprozess der Kunststoffäden und braucht nicht gleichzeitig mit der Herstellung durchgeführt zu werden, wie dies in der USA-Patentschrift Nr. 2866256 beschrieben ist. Auch brauchen die Fäden oder Garne nicht in einem Vlies eingelagert verformt zu werden, so dass benachbarte Fäden gleichartig verformt werden, wie dies bei der DAS Nr. 1114416 der Fall ist.
Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens zeigt sich darin, dass es mit sehr einfachen und betriebs- sicheren Mitteln durchgeführt werden kann im Gegen- satz zu den aufwendigen vorbekannten Verfahren wie beispielsweise auch der belgischen Patentschrift Nummer 527 978 und den USA-Patentschriften Nummern 2 866 256 und 2917 779
Nach dem neuen Verfahren mit Verformungen versehene Kunststoffasern können mit besonderem Vorteil für textile Flächengebilde wie Bodenbeläge. Wandverkleidungen und Bezüge für Polster und Möbel verwendet werden. Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen solcher Flächengebilde werden lange Fäden oder zu Garnen verdrehte Fäden mit einer Unterlage verwoben oder nachträglich in eine fertige Unterlage, die vorzugsweise aus Jute besteht, eingestochen.
Dabei stehen auf einer Seite der Unterlage Schlaufen vor, die oft, um einen dichten Flor zu bilden, aufgeschnitten werden. Bei einem anderen gebräuchlichen Verfahren zum Herstellen solcher Flächengebilde werden die Fäden oder Garne wellenförmig gelegt und dann auf eine Unterlage, die vorzugsweise aus einer Kunststoffschaumschicht besteht, aufgeklebt. Auch diese wellenförmigen Lagen können dann an ihren freien Enden aufgeschnitten werden, um einen dichten Faserbelag zu bilden. Bei manchen Flächengebilden ist die als Unteroder Rückseite vorgesehene Seite der Unterlage noch mit einer Matte aus Kunststoff, geschäumtem Kunststoff oder einer gummiartigen Masse hinterlegt.
Das neue Verfahren und die Verwendung der damit hergestellten verformten Fasern soll nun mit Hilfe der Figuren und an einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine Kunststoffaser, die mit Verformungen versehen ist.
Fig. 1a ist ein Schnitt längs der Linie la-la in Fig. 1.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der in Fig. 1 gezeigten Verformungen an endlosen, thermoplastischen Kunststoffäden.
Fig. 3 zeigt eine mit einseitigen Schlaufen versehene Unterlage im Schnitt.
Fig. 3a zeigt eine mit einseitigen Schlaufen entsprechend der Fig. 3 versehene Unterlage, die mit einer Schutzschicht hinterlegt ist.
Fig. 4 zeigt eine Kunststoffunterlage, auf welcher wellenförmig gelegte Fasern aufgeklebt sind.
In Fig. 1 ist eine Kunststoffaser 10 gezeigt, welche in gleichmässigen Abständen Verformungen 11, 12 und 13 aufweist. Diese Verformungen sind durch abgeflachte Stellen mit praktisch ellipsenförmigem Querschnitt gebildet, wie aus dem in Fig. la gezeigten Schnitt durch die Verformung 13 zu ersehen ist. Zur Verbesserung der durch die Verformung beabsichtigten Wirkung sind die aufeinanderfolgenden, abgeflachten Stellen unterschiedlich orientiert, d. h. die grossen Achsen der Verflachungen 12 und 13 sind um 900 gegeneinander verdreht.
Es versteht sich, dass die gezeigten Verflachungen und ihre gegenseitigen Orientierung nur ein Beispiel für viele mögliche Verformungen ist. Mit gutem Erfolg sind auch im Querschnitt sternförmige Verformungen und im Längsschnitt konische Verformungen, die der Faser ein schachtelhalmförmiges Aussehen verleihen, erprobt worden.
In Fig. 2 ist schematisch gezeigt, wie die Verformungen entsprechend der Fig. 1 an einer unendlich langen Faser hergestellt werden können. Dazu wird die Faser 20 durch nichtgezeigte Mittel von einer ebenfalls nichtgezeigten Spule durch eine Vorrichtung 21 gezogen, welche zwei Walzenpaare 22, 23 und 24, 25 aufweist. Die Achsen jedes Walzenpaars liegen parallel zueinander und die durch die Achsen eines Walzenpaars bestimmte Ebene liegt quer zur Bewegungsrichtung der Faser 20. Ausserdem sind die Achsen der Walzenpaare, in der Bewegungsrichtung der Faser gesehen um 900 gegeneinander verdreht. Die Oberflächen der Walzen sind mit parallel zur Achse verlaufenden Zähnen 27, 28 und 29, 30 versehen.
Weiter sind Einrichtungen 31 und 32 vorhanden, welche eine synchrone Drehung der Walzenpaare miteinander und eine Umfangsgeschwindigkeit der Walzen, welche der Geschwindigkeit der Faser in ihrer Längsrichtung entspricht, sicherstellen und zugleich ermöglichen, den Abstand der Walzen jedes Walzenpaars einzustellen. Die Walzen sind ausserdem durch bekannte und darum nicht näher beschriebene Mittel auf eine vorgegebene Temperatur heizbar.
Zur Herstellung der Verformungen wird der Faden 20 von oben nach unten durch die beiden Walzenpaare 22, 23 und 24, 25 gezogen. Die Walzen sind auf eine Temperatur geheizt, bei der der Kunststoff des Fadens weich und verformbar wird, und ihr Achsabstand ist so eingestellt, dass der Abstand einander gegenüberliegender Zähne geringer als die Dicke des Fadens 20 ist, so dass dieser von jedem der zusammenwirkenden Zahnpaare verformt wird. Durch die Verwendung von zwei um 900 gegeneinander gedrehten Walzenpaaren werden dann Verformungen erreicht, die ebenfalls um 900 gegeneinander verdreht sind, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben ist.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine, mit einseitigen Schlaufen versehene, getuftete Unterlage gezeigt. Bei dieser ist ein Kunststoffaden 50, der auf der (in der Figur) unteren Seite der Unterlage 51 aufgelegt war, zwischen einzelnen Schussfäden 52 durchgezogen worden, um auf der oberen Seite (in der Figur) die Schlaufen zu bilden. Diese Verarbeitung ist sehr gebräuchlich, wobei die Verformungen 53 am Faden verhindern, dass einzelne Schlaufen nach oben aus der Unterlage herausgezogen werden. Der Vorteil der mit solchen Verformungen versehenen Fäden ist insbesondere bei textilen Flächengebilden entsprechend der Fig. 3a zu erkennen, welche Flächengebilde mit einseitigen aufgeschnittenen Schlaufen 55 versehen sind.
Solche aufgeschnittenen Schlaufen können, auch wenn sie aus unbehandelten Kunststoffasern bestehten, sehr leicht aus der Unterlage 56 herausgezogen werden, während bei den mit verformten Kunststoffasern hergestellten Flächengebilden die einzelnen Schlaufen eine bemerkenswerte Festigkeit aufweisen. Textile Flächengebilde der beschriebenen Art werden oft einseitig mit einer Schutzschicht 57 aus Kunststoff und insbesondere aus geschäumtem Kunststoff oder aus einer gummiartigen Masse belegt, welche bei der Verwendung des textilen Flächengebildes als Bodenbelag zugleich als Gleitschutz dient.
Obwohl solche Schutzschichten 57 gewöhnlich bewirken, dass die einzelnen Faserschlaufen an ihrem unteren Ende 58 mit der Unterlage 56 und der Schutzschicht 57 verklebt werden, hat sich gezeigt, dass sich durch die Verwendungen von mit Verformungen versehenen Fäden eine merkliche Steigerung der Haftfestigkeit sowohl der aufgeschnittenen wie auch der geschlossenen Schlaufen erreichen lässt.
In Fig. 4 ist noch ein textiles Flächengebilde gezeigt, das eine aus geschäumtem Kunststoff bestehende Unterlage 60 aufweist, auf welche in Wellen gelegte Fasern 61 aufgelegt und mit Hilfe einer Klebstoffschicht 62 angeklebt sind (Tratford). Auch bei dieser Ausführungsform hat sich gezeigt, dass das Verkleben der mit Verformungen versehenen Fasern und Garne deren Haftung an der Unterlage sehr merklich gegenüber der Haftung unbehandelter Fasern verbessert, weil die Verformungen dem Klebstoff eine bessere Angriffsfläche bieten und ausserdem aneinanderliegende Fäden oder Garne auf mechanischem Wege zusammengehalten werden.
Aber auch die Haftung von auf eine Kunststoffunterlage aufgeklebten Kunststoffstapelfasern kann durch eine vorgängige Verformung dieser Stapelfasern stark verbessert werden.
Obwohl die Verwendung der nach dem neuen Verfahren verformten Kunststoffasern, -Fäden oder -Garne am Beispiel textiler Flächengebilde erläutert ist, versteht sich, dass solche verformten Kunststoffasern mit gleichem Vorteil für jede Art gewebter und gewirkter Materialien verwendet werden können.