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Die Erfindung betrifft mechanisch strukturierte Polyester-Monofilamente, insbesondere Monofile aus Polyethylenterephthalat, daraus bestehende Saiten für Ballspielschläger wie z. B. Tennisschläger, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
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Monofile aus synthetischen thermoplastischen Polymeren werden in vielerlei Einsatzgebieten verwendet. So kommen Monofile aus PET (Polyethylenterephthalat) u. a. zum Einsatz in Papiermaschinenbespannungen. Dabei kommt es insbesondere darauf an, dass die dort eingesetzten Monofile temperaturbeständig sind und über ausreichende Festigkeit verfügen. Die Temperatur und Hydrolysebeständigkeit wird häufig durch den Zusatz von Carbodiimiden verbessert.
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Monofile finden aber auch Einsatz als Saiten für Ballspielschläger wie Tennisschläger, Squashschläger und Badmintonschläger. Hier substituieren die aus synthetischen Polymeren bestehenden Saiten entsprechende Produkte, die auf Basis von Naturdärmen hergestellt worden sind, d. h. so genannte Darmsaiten. Bei diesem Einsatzgebiet kommt es vor allen Dingen auf eine gewisse Elastizität und auch auf Festigkeit an. Synthetische Saiten zeichnen sich auch gegenüber Saiten aus Naturdärmen durch eine geringere Pflegebedürftigkeit aus.
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Monofile aus synthetischen Polymeren, die als Saiten für Ballspielschläger eingesetzt werden, sind bereits seit längerem bekannt.
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So wird beispielsweise in der
EP 0 017 758 A2 eine Kunststoffsaite aus verstreckten Monofilen aus Polyvinylidenfluorid beschrieben. Allerdings weisen derartige Saiten einen recht hohen Verschleiß auf.
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Man hat auch versucht, die Eigenschaften von Saiten aus Monofilen aus Polyvinylidenfluorid dadurch zu verbessern, dass man diesen 1–14 Gew.-% an Acrylaten wie Polymethylenmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyethylacrylat usw. zusetzt, wie aus der
DE 30 37 457 A1 zu entnehmen ist.
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Aus der
DE 19 63 8 908 C1 ist es bekannt eine entsprechende Saite aus einer Vielzahl einzelner Filamentgarne und Verzwirnen derselben herzustellen, wodurch sich eine besonders hohe Elastizität ergeben soll. Hierbei sind die einzelnen Filamentgarne aus Flüssigkristall-Polymeren hergestellt. Die Herstellung dieser Saite ist jedoch aufgrund der Rohstoffauswahl und des Verzwirnens der einzelnen Filamentgarne mit einem sehr hohen technologischen Aufwand verbunden.
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Es sind auch Saiten bekannt, die auf der Basis eines Polyethylenterephthalats (PET) hergestellt sind. Diese Saiten weisen relativ gute Spieleigenschaften auf, haben jedoch den wesentlichen Nachteil, dass sie aufgrund der hohen axialen Zugbeanspruchung, der sie beim Einziehen, d. h. beim Bespannen eines Ballspielschlägers unterworfen sind, bereits nach kurzer Zeit einem Alterungsprozess unterliegen.
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Aus der
US 4 134 951 ist ein Verfahren zur Herstellung von strukturiertem Polyestermonofilm bekannt, wobei man einem Polyester unter Zusatz von Polypropylen über einem Extruder als Schmelze durch eine Düse spinnt, resultierende Monofilamente verstreckt und mittels Walzen prägt.
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Die
DE 24 60 191 A1 offenbart, dass man Monofilamente zuerst verstreckt und dann prägt.
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Obwohl bereits Monofile aus den verschiedensten Polymeren und Zusammensetzungen bekannt sind, die sich als Saiten für Ballspielschläger verwenden lassen, besteht noch ein Bedürfnis nach Monofilen, die sich gut als Saiten für Ballspielschläger einsetzen lassen und die außerdem auch auf anderen textilen oder technischen Gebieten eingesetzt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Monofile zur Verfügung zu stellen, die in besonderer Weise als Saiten für Ballspielschläger dienen können, die aber darüber hinaus sich auch gut auf anderen technischen oder textilen Gebieten wie bei der Herstellung von Geweben, Gelegen, Gewirken oder Gestricken einsetzen lassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es ferner, Monofile zur Verfügung zu stellen, die sich auf einfache Weise aus gut zugänglichen Polymeren gewinnen lassen, die sich durch gute Elastizität und Festigkeit auszeichnen, die in einer Ballspielschlägerbespannung oder in sonstigen textilen oder technischen Flächengebilden eine gute Schiebefestigkeit aufweisen, die eine hohe Alterungsbeständigkeit besitzen und die insbesondere als Ballspielschlägerbespannung sich durch geringe Pflegebedürftigkeit auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von mechanisch strukturierten Polyestermonofilen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Polyester unter Zusatz von 0,2 bis 10 Gew.-% Polypropylen über einen Extruder als Schmelze durch eine Düse spinnt und das aus der Düse austretende Monofilament in mehreren Stufen verstreckt und nach der letzten Verstreckung in noch heißem Zustand mittels Prägewalzen mit einer mechanischen Struktur in Form von riefenförmigen Vertiefungen versieht.
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Bevorzugt wird als Polyester Polyethylenterephthalat verwendet.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil an Polypropylen 1–5 Gew.-%, insbesondere 2,5–4,5 Gew.-%.
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Es ist vorteilhaft, wenn man Düsendurchmesser (mm), Austrittsmenge (g/mm2·min) und die Verstreckung so aufeinander abstimmt, dass das entstehende Monofilament einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm aufweist, wobei der Durchmesser berechnet wird als ein äquivalenter Durchmesser bei Vorliegen eines entsprechenden kreisrunden Querschnitts. Vorzugsweise wird ein Durchmesser von 1,15–1,35 mm eingestellt.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Monofils nicht kreisrund ist, insbesondere eine elliptische Form aufweist.
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Bevorzugt wird dem noch heißen Monofil nach der letzten Verstreckung durch die Prägewalze eine Struktur in Form von riefenförmigen Vertiefungen aufgebracht.
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Die Riefen können dabei im rechten Winkel, d. h. im Winkel von 90° zur Längsrichtung des Monofils angebracht werden. Bevorzugt sind jedoch Winkel kleiner als 90°, insbesondere der Winkel von 45° vorzugsweise 45° ± 15°.
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Der Abstand der einzelnen Riefen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm insbesondere 0,5 bis 1 mm.
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Bevorzugt werden die Vertiefungen in regelmäßigen Abständen angebracht.
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Es ist aber auch möglich, die Abstände periodisch anzubringen, dass Riefenanordnungen, die in mehr oder weniger gleichen oder auch unterschiedlichen Abstand Riefen aufweisen, quasi wie eine Gruppe zusammen gefasst sind, und sich periodisch wiederholen.
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Das Versehen der Monofile mit der Struktur findet unmittelbar nach der letzten Verstreckung statt, vorzugsweise bei einer Temperatur von 80 bis 240°C, insbesondere 85 bis 230°C.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Monofile hergestellt nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Saiten für Ballspielschlägerbespannungen, die aus den vorstehend beschriebenen Monofilen bestehen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der vorstehend beschriebenen Monofile zur Herstellung von technischen Geweben, Gewirken, Gestricken oder Gelegen. Dabei können übliche in der Textiltechnik bekannte Verfahren benutzt werden.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Herstellung der erfindungsgemäßen Monofile bzw. Saiten kann auf folgende Weise geschehen.
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Zunächst wird ein Polyester, insbesondere in Form von Schnitzeln, dem eine entsprechende Menge an Polypropylen zugegeben wird, in einen Extruder gegeben. Dabei können beispielsweise Polyethylenterephthalat-Schnitzel und Polypropylen-Schnitzel durch das Fallrohr des Extruders der Schnecke des Extruders zugeführt werden. Es ist vorteilhaft, wenn diese Zuführung so geschieht, dass bereits beim Eintritt in die Schnecke eine gewisse Vermischung der Schnitzel stattfindet.
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Es ist aber auch möglich, den Polyester und das Polypropylen vorher zu mischen, sei es durch einfaches Vermengen der Schnitzel, wobei Augenmerk darauf gerichtet werden soll, dass die Schnitzel sich nicht zu sehr aufgrund ihrer verschiedenen Dichte und Struktur wieder trennen.
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Es ist auch möglich, zunächst eine Schmelze aus den beiden Komponenten herzustellen und diese Schmelze dem Extruder zu zu führen.
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Im Extruder findet, so weit nicht bereits geschehen, ein Aufschmelzen der beiden Polymere und ein Vermischen derselben statt. Die Schmelze wird sodann durch eine Düse gedrückt, deren Durchmesser unter Berücksichtigung der anschließenden Verstreckungen auf den gewünschten Durchmesser der herzustellenden Monofile abgestimmt ist.
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Der Querschnitt der Düsenöffnungen kann kreisrund oder elliptisch sein.
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Nach Austreten des Monofils aus der Düse wird das Monofilament in mehreren Stufen verstreckt, wobei die einzelnen Stufen bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden können. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verstreckung in zwei oder drei Stufen durchgeführt wird, wobei die Temperaturen in den einzelnen Stufen von 80° bis 250°C variieren können. Bevorzugte Temperaturen sind 86 bis 245°C. Es sind aber auch mehr als drei Stufen möglich.
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Die Fördermenge durch die Düse und die Gesamtverstreckung werden so aufeinander abgestimmt, dass die als Endprodukt entstehenden Monofile vorzugsweise einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm aufweisen. Unter Durchmesser ist hier im Rahmen der Erfindung ein Durchmesser zu verstehen, bei der der Querschnitt als äquivalente kreisrunde Querschnittsfläche berechnet wird und dann der entsprechende Durchmesser der kreisrunden Fläche zu Grunde gelegt wird.
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Nach der letzten Verstreckungsstufe wird dem Monofil mittels Prägewalzen eine mechanische Struktur verliehen, wobei unter mechanischer Struktur eine Oberfläche zu verstehen ist, die höhere und tiefere Stellen aufweist. Diese Struktur kann von beiden Seiten mittels der Prägewalzen auf das Monofil aufgebracht werden, d. h. beide Walzen weisen eine entsprechende strukturierte Oberfläche auf. Es ist aber auch möglich, eine glatte und eine strukturierte Walze zu verwenden.
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Die Temperatur der Monofile während des Prägevorgangs liegt zwischen 80 und 240°C, vorzugsweise zwischen 85 bis 230°C.
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Als Polyester können im Rahmen der Erfindung alle üblichen fadenbildenden Polyester eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch als Polyester Polyethylenterephthalat eingesetzt.
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Die Herstellung derartiger Polyester ist bereits seit langem bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.
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Als Polypropylen können übliche Polypropylensorten verwendet werden.
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Es war überraschend, dass es gemäß der Erfindung möglich ist, Monofile zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet sehr zuverlässig und führt reproduzierbar zu den gewünschten Produkten.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Monofile sind vor allem besonders geeignet als Saiten für Tennisschlägerbespannungen. Die orangenhautähnliche Oberfläche ermöglicht im Zusammenhang mit dem Elastizitätsmodul der Saite einen besseren Kontakt zwischen Ball und Schläger. Dies kommt insbesondere Topspin-Spielern zu Gute, da die Ballkontrolle bei Erteilung bei Erteilung des Spins gegenüber herkömmlichen nicht-strukturierten Saitenoberflächen deutliche Vorteile aufweist. Hinzu kommt, dass durch die strukturierte Oberfläche die Saiten weniger verrutschen als bei herkömmlichen Saiten.
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Die Erfindung wird durch folgendes Beispiel näher erläutert:
Eingesetzt werden Polyesterschnitzel Typ 49H der Firma Performance Fibers, Frankfurt, PP-Schnitzel HB 120 FB der Firma Borealis, Kongens Lyngby/Dänemark und das Farbstoff-Masterbatch Renol Gold NEGADD12020 der Firma Clariant Masterbatches, Lahnstein.
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Die Zudosierung des Farbstoffs dient nur optischen Zwecken und wirkt sich weder auf die technischen noch auf die Spieleigenschaften negativ aus.
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Im Fallrohr des Extruders werden dem Strom der Polyesterschnitzel mittels jeweils einer Dosierwaage 3,5 Gew.-% der PP-Schnitzel und 0,5 Gew.-% des Farbstoffmasterbatches kontinuierlich zudosiert. Im Extruder wird das Granulatgemisch bei 290° bis 300°C aufgeschmolzen, in der Schmelze weiter vermischt und über ein Spinnpack über Spinndüsen mit einem Lochdurchmesser von 3 mm Durchmesser und einer Förderung von 92,97 g/min. pro Düsenloch versponnen. Unterhalb der Spinndüse befindet sich ein Wassertank, in dem die Monofilamente auf 70°C abgekühlt und nachfolgend von einem Streckwerk mit 13,0 m/min. abgezogen werden. Über weitere Streckwerke erfolgt eine 1. Verstreckung im Verhältnis von 3,66:1 im Wasserbad bei 90°C, anschließend eine zweite Verstreckung im Verhältnis von 1,408:1 ebenfalls im Wasserbad bei 90°C, und abschließend einer Schrumpfreduzierung im Verhältnis von 0,896:1 in Heißluft von 290°C.
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Unmittelbar hinter dem Heißluftkanal ist die Prägewalze angeordnet, die unter einem Winkel von 45°C diagonal zur Laufrichtung Riefen in Abständen von 0,8 mm in die Oberfläche des noch heißen Monofilstrangs dauerhaft eingraviert. Das Monofilament wird anschließend auf Scheibenspulen aufgespult und an Sportausstatter zur Weiterverarbeitung ausgeliefert.
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Die so hergestellten Monofilamente wiesen folgende Textilwerte auf:
| Feinheit | 15495 dtex |
| Durchmesser | 1,20 mm (1,18 mm–1,23 mm) |
| spez. Festigkeit | 35,0 cN/tex |
| Bruchdehnung | > 26%, Mittel ca. 30% |
| Bezugsdehnung bei 27 cN/tex | 14,5% |
| freier Thermoschrumpf bei 180°C | 12,5% |
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In weiteren Versuchen wurden unterschiedliche Konzentrationen des Polypropylens sowie Prägungen
- • unter 90° (quer) zur Laufrichtung,
- • unter Winkeln zwischen 45° und 90° zur Laufrichtung,
- • Prägungen mit Abständen zwischen 0,5 mm und 5 mm,
- • sowie einseitige und doppelseitige Prägungen
dauerhaft eingraviert.
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Ferner wurden Polyestermonofile gemäß der Erfindung hergestellt unter Einsatz unterschiedlicher Konzentrationen an Polypropylen und zwar Gewichtprozente von 2 bis 10, die jeweils zu Polyestermonofilen mit zufriedenstellenden Eigenschaften führten.
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Ferner wurden Polyestermonofile gemäß der Erfindung hergestellt, indem die Prägung unter Winkeln zwischen 45° und 90° zur Laufrichtung angebracht wurden, jeweils im Abstand von 5°.
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Ferner wurden Monofile hergestellt mit Prägungen unter einem Winkel von 45°, wobei die einzelnen Riefen in verschiedenen Abständen angeordnet wurden, nämlich 1, 2, 3 und 4 und 5 mm.
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Ferner wurde ein Monofil hergestellt, indem ein Walzenpaar zur Prägung verwendet wird, wobei Riefen von beiden Seiten auf das Monofil aufgebracht wurden.
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Alle so hergestellten Monofile konnten in Form von Saiten zu Tennisschlägerbespannungen mit hervorragenden Eigenschaften verarbeitet werden.