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Die Erfindung betrifft spiralige Filamente sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung spiraliger Filamente, bevorzugt Kunststofffilamente. Insbesondere betrifft die Erfindung Filamente, die als Borsten für Bürsten (z.B. Zahnbürsten- oder Kosmetikborsten) verwendet werden können, und die durch Extrudieren und Verdrillen von Monofilen hergestellt werden.
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In neuerer Zeit wurde beobachtet, dass die Bürstwirkung von Borsten für Bürstenwaren verbessert werden kann, wenn sie eine Oberflächenstruktur aufweisen. Während sich solche Borsten streichend und schiebend über eine Oberfläche bewegen, nehmen die Strukturen (z.B. Wendel) der Oberfläche Schmutzteilchen besser mit als Borsten mit einer glatten Oberfläche.
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Borsten mit einem spiraligen Profil werden oftmals durch verdrillen eines Filaments (insbesondere mit nichtrundem Querschnitt) hergestellt. Durch das Verdrillen werden Bereiche mit größerem Querschnittsradius über die Längsachse des Filaments spiralig gedreht und es entstehen Wendel, die um das Filament in einer Spirale herum verlaufen. Dieser Effekt kann auch durch nachträgliches Anformen der Wendel oder durch Spritzen der Borste in gewendelter Form erreicht werden, was jedoch mit Schwierigkeiten seitens des Herstellungsprozesses verbunden sein kann.
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Aber auch bezüglich der äußeren Erscheinung kann ein Verdrillen von Vorteil sein. Beispielsweise kann durch Verdrillen eines Filaments mit zwei farbigen Schichten ein Spiralmuster über die Länge des Filaments erzeugt werden. In dem Falle, in dem die Schichten aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen, kann auch mittels eines Filaments mit einer verdrillten kreisrunden Querschnittsfläche eine Verbesserung der Reinigungswirkung aufgrund der unterschiedlichen Oberflächen erreicht werden.
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Nachteilhaft bei dem Verdrillen von Filamenten ist, dass im Filament Spannungen erzeugt werden, welche eine Verdrillung rückgängig machen kann, eine Verdrehung des Filaments in sich hervorrufen kann oder sich negativ auf die Geradlinigkeit oder die Biegesteifigkeit des Filaments auswirkt. Bezüglich der Verdrehung sei angemerkt, dass damit vor allem die Verdrehung gemeint ist, die auftritt, wenn die Spannung über die Längsachse des Filaments nachlässt. Aufgrund der (durch die Verdrillung hervorgerufenen) Torsionsspannung in seinem Inneren kann beim Aufhängen des Filaments eine Verdrehung verschiedener Bereiche des Filaments oder benachbarter Filamentstränge erfolgen, wie bei der Herstellung von Tauen und Seilen beobachtet werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, spiralige Borsten in gleicher und vorbestimmbarer Qualität wie herkömmliche Borsten in einfacher, preiswerter und zeitsparender Weise herzustellen. Auch ist es eine Aufgabe, solche Borsten zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von spiraligen Filamenten umfasst die Schritte
- – Extrudieren mindestens eines Monofils,
- – Verdrillen des mindestens einen Monofils um seine Längsachse unter Zugspannung,
wobei vor und/oder während und/oder nach dem Verdrillen des mindestens eines Monofils und während es bezüglich seiner Längsachse gespannt ist, eine Wärmebehandlung stattfindet, die dazu ausgelegt ist, dass sich eine Thermofixierung einstellt und das Filament keine Torsionsspannung im Inneren aufweist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von spiraligen Filamenten umfasst eine Extrudiereinheit zum Extrudieren mindestens eines Monofils, eine Verdrilleinheit zum Verdrillen mindestens eines Monofils um seine Längsachse unter Zugspannung und eine Temperiereinheit zur Wärmebehandlung des Filaments, wobei die Temperiereinheit dazu ausgelegt ist, das Filament vor und/oder während und/oder nach dem Verdrillen des mindestens eine Monofils und während es bezüglich seiner Längsachse gespannt ist, in einer Weise zu erwärmen, so dass sich eine Thermofixierung einstellt und das Filament keine Torsionsspannung im Inneren aufweist.
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Das erfindungsgemäße Filament, welches mittels des vorangehenden Verfahrens bzw. der vorangehend beschriebenen Vorrichtung hergestellt wurde, zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Polymerketten, zumindest an der Mantelfläche des Filaments, verdrillt sind, das Filament aber keine Torsionsspannung im Inneren aufweist. Eine Messung der Torsionsspannung ist z.B. mittels Spannungsoptik aber auch durch einfache Beobachtung des Filaments in einem Zustand ohne Zugspannung möglich, z.B. der Neigung sich zu entdrillen oder sich mit anderen Filamenten zu verdrehen. Die Verdrillung von Polymerketten kann beispielsweise mit Messungen mittels polarisierten Lichts oder sonstiger polarisierter Strahlung ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Monofil einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt. Auf diese Weise kann ein Filament erzeugt werden, welches eine spiralige Oberflächenstruktur aufweist. Bevorzugt weist das durch Extrudieren hergestellte Monofil dazu einen ovalen, sternförmigen oder mehreckigen Querschnitt auf oder der Querschnitt umfasst eine Kreisfläche mit mindestens einer Protuberanz, wie z.B. eine achsparallele Rippe.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat das Monofil einen kreisförmigen Querschnitt, insbesondere umfasst es dabei jedoch mindestens zwei verschiedene Komponenten, welche parallel zueinander längs der Längsachse des Monofils verlaufen. Die Verschiedenartigkeit der Komponenten kann die Farbe, die Materialien oder die Zusatzstoffe in den Grundmaterialien betreffen. Auf diese Weise kann ein Filament erzeugt werden, welches eine uniforme Oberfläche mit einer spiraligen Struktur aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nur ein einziges Monofil verwendet.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird mehr als ein Monofil verwendet und durch Verdrillen von zwei oder mehr Monofilen eine spiralige Oberflächenstruktur erzeugt. Im Hinblick auf diese Ausführungsform kann es für einige Anwendungen von Vorteil sein, wenn die Temperatur während eines der Wärmebehandlungsschritte so bemessen ist, dass die Oberfläche mindestens eines der Monofile über Glasübergangstemperatur erhitzt wird und mit dem mindestens einen weiteren Monofil verklebt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Monofil eine Matrix auf, die zumindest ein erstes Kunststoffmaterial umfasst (Matrixmaterial) und zumindest eine in Längsrichtung des Monofils verlaufende Rippe, die aus einem zweiten Kunststoffmaterial (Rippenmaterial) besteht und die in der Matrix formschlüssig gehalten ist, ggf. zusammen mit einer stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung. Bevorzugt weist mindestens eine Rippe einen sich radial nach außen verjüngenden Querschnitt auf, beispielsweise einen dreieckigen oder tropfenförmigen Querschnitt, so dass sie in ihrem radial äußeren Querschnittsbereich insbesondere spitzt zuläuft. Bevorzugt ist mindestens eine Rippe an ihrem in der Matrix eingebetteten Endbereich mit Hinterschneidungen versehen, vorzugsweise einen verbreiteten Fuß, der von dem Matrixmaterial umgriffen ist. Die gewährleistet eine gute formschlüssige Verbindung zwischen der Rippe und der Matrix. Bevorzugt weist das Monofil mehrere Rippen auf, wobei diese vorzugsweise über den Umfang des Monofils gleich verteilt sind.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der 1. Bereich der Matrix einen ringförmigen Querschnitt aufweist und zumindest einen innen liegenden 2. Bereich der Matrix umgibt, der aus einem 3. Kunststoffmaterial besteht. Auf diese Weise können die Gebrauchseigenschaften des Monofils bzw. der daraus hergestellten Borste noch besser an den gewünschten Einsatzzweck angepasst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Matrix noch mindestens ein weiteres Matrixmaterial, wobei sich die Matrixmaterialien insbesondere bezüglich ihres Materials, ihrer Farbe, ihrer Stabilität oder ihrer Elastizität unterscheiden. Bevorzugt ist ein Matrixmaterial oder ein Rippenmaterial aus einem steifen thermoplastischen Polyester, insbesondere aus PBT (Polybutylenterephthalat) geformt, wobei auch ein weicher thermoplastischer Kunststoff und insbesondere ein thermoplastisches Elastomer bei einigen Anwendungen bevorzugt sein könnte. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine Rippe zumindest abschnittsweise eingefärbt, so dass sie sich farblich von dem Rest des Monofils abhebt. Auf diese Weise ist es möglich, dem Benutzer zu visualisieren, dass das Monofil verdrillt ist, um dadurch Verwechslungen bei der Verwendung des Monofils zu vermeiden.
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Die Wärmebehandlung dient dem Auflösen von Spannungen innerhalb des Filaments. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Wärmebehandlung zu einem bestimmten Zeitpunkt nur auf einem kurzen Teilstück des Filaments erfolgt, insbesondere vor dem Verdrillen, während des Verdrillens oder weniger als 1 s nach dem Verdrillen, da ansonsten aufgrund der durch die Verdrillung aufgetretenen Torsionsspannung in dem Filament eine Entspannung durch ungewollte Verdrillung der nichtverdrillten Bereiche auftreten kann. Dieses kurze Teilstück ist insbesondere kürzer als 5 m, bevorzugt kürzer als 1 m, insbesondere kürzer als 20 cm. Es findet also keine Erwärmung eines aufgerollten Filaments statt sondern das Filament wird an oder in einer Erwärmungseinheit vorbeibewegt, so dass zu einem bestimmten Zeitpunkt stets nur ein Teilstück erwärmt wird und zu einem anderen Zeitpunkt ein anderes Teilstück gleicher Länge.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Wärmebehandlung das Filament vor, während oder nach dem Verdrillen über eine erwärmte Oberfläche geführt. Diese Oberfläche ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gebogen und hat insbesondere die Form eines drehsymmetrischen Körpers (z.B. eines Zylinders), oder die Form eines Körpers mit einem Schraubenprofil. Ein solcher Körper wird im Folgenden auch als „Heizwalze“ bezeichnet. Bevorzugt wird das Filament mindestens einmal um eine Heizwalze herum geführt. Die Temperatur des erwärmten Filaments (bzw. seiner Oberfläche) liegt bevorzugt knapp unter der Glasübergangstemperatur mindestens eines der im Filament verwendeten Materialien. In diesem Bezug bedeutet „knapp“ insbesondere, dass die Temperatur mindestens 80% (bevorzugt mindestens 90% der Glasübergangstemperatur beträgt und unterhalb der Glasübergangstemperatur liegt. Bevorzugt liegt die Temperatur mehr als 1°C unter der Glasübergangstemperatur oder beträgt weniger als 99,9% der Glasübergangstemperatur. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Temperatur der Oberfläche (z.B. der Oberfläche der Heizwalze) der oben genannten Temperatur. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch von Vorteil sein, dass die Temperatur der Oberfläche der Glasübergangstemperatur entspricht oder sogar darüber liegt. Insbesondere, wenn das Filament sehr schnell über die Oberfläche geführt wird, oder die Wärmekopplung nicht sehr gut ist, kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass das Filament (bzw. dessen Oberfläche) nach der Wärmebehandlung die oben genannte Temperatur aufweist. Auch das Filament kann je nach Anwendung bevorzugt eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur annehmen. Vorzugsweise beträgt diese Temperatur 110% der Glasübergangstemperatur.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die vorgenannte Oberfläche grade oder weist zusätzlich zu Rundungen auch gerade Bereiche auf. Auf diese Weise kann ein Filament erwärmt werden, während es zu einer Position läuft, an der es verdrillt wird, oder, sofern die Verdrillung in einem langgestreckten Zustand des Filaments erfolgt, auch während des Verdrillens auf einfache Weise erwärmt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das wärmeaufbringende Medium flüssig. In diesem Rahmen wird bevorzugt, dass das Filament durch ein Bad des wärmeaufbringenden Mediums geführt wird und dabei erwärmt wird.
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Bevorzugt ist das wärmeaufbringende Medium also fest (z.B. die vorgenannte Oberfläche) oder Flüssig und nicht gasförmig. Es besteht also bei der Wärmebehandlung bevorzugt ein direkter Kontakt zu einem wärmeaufbringenden Medium, welches nicht gasförmig ist. Auf diese Weise ist die Wärmekopplung sehr gut und eine Erwärmung ist schnell und gut steuerbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmequelle ein Wärmestrahler (Infrarotstrahler). Dies hat den Vorteil einer sehr schnellen Temperaturregelung. Ein solcher Infrarotstrahler ist insbesondere in dem vorgenannten Falle eines direkten Kontakts zu einem wärmeaufbringenden Medium von Vorteil, wobei das Medium für eine Grunderwärmung sorgt und der Wärmestrahler für einen addierten Wärmeeintrag, der schnell geregelt werden kann.
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Bevorzugt sind Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung so eingestellt, dass das Filament bis zu seinem Kern erwärmt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform findet die Wärmebehandlung vor dem Verdrillen statt. Dabei sind Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung bei einer bevorzugten Ausführung so eingestellt, dass das Filament nicht bis zu seinem Kern erwärmt wird sondern weniger als 70% des Umkreisradius der Querschnittsfläche des Filaments die oben genannte Temperatur knapp unter der Glasübergangstemperatur erreicht. In diesem Falle ist die Verdrillung des Mantels des Filaments größer als die Verdrillung seines Kerns, wobei hier eine weitere Wärmebehandlung nach dem Verdrillen zum Fixieren von Vorteil ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine Monofil nach dem Extrudieren und vor dem Verdrillen in einem weiteren Schritt vorverstreckt und insbesondere auch weiterverstreckt, wobei zur Stabilisierung des mindesten einen Monofils dieses vorzugsweise durch thermisches Schrumpfen stabilisiert wird. Durch das Vorverstrecken und anschließende weitere Verstrecken insbesondere von profilierten Filamenten wird ein Filament mit Festigkeitseigenschaften erhalten, wie sie von herkömmlichen, nichtprofilierten Filamenten bekannt sind.
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Bei bestimmten Bürsten ist es notwendig, dass die Borsten eine vorbestimmte Wiederaufrichtung oder Steifigkeit besitzen müssen. Eine Anpassung der Wiederaufrichtung oder Steifigkeit eines verdrillten Filaments lässt sich in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erzielen, wenn die Polymerketten des Filamentkerns parallel zur Längsrichtung des Filaments verlaufen und die Polymerketten im Mantel des Filaments verdrillt sind. Mittels Variation der Tiefe, in der eine Verdrillung stattfindet, lässt sich bei vorgegebener Dicke und bei vorgegebenen Material die Wiederaufrichtung oder Steifigkeit der Borsten in gewünschter Weise einstellen. Die Variation der Tiefe, in der eine Verdrillung stattfindet, lässt sich während des Verdrillungsvorgangs durch die Anzahl der Verwindungen pro Sekunde bei bekannter Laufgeschwindigkeit des Filaments grob bestimmen. Jedoch sollte beachtet werden, dass sich erst nach einer Wärmebehandlung eine Fixierung dieser Windungen stattfindet. Wird ein bereits erwärmtes Filament verdrillt, hängt die Verdrillungstiefe auch von der Temperatur und der Verweilzeit im Verdrillungsbereich ab. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform findet die Wärmebehandlung vor dem Verdrillen statt, wobei die von außen auf das Filament aufgebrachte Temperatur und die Zeitdauer der Temperatureinwirkung so eingestellt wird, dass bei der anschließenden Verdrillung die gewünschte Tiefe erreicht wird. Selbstverständlich ist es dem Erfinder bewusst, dass aufgrund des stetigen und differenzierbaren Verlaufs der Verdrillung der Polymerketten in einem Filament ein konstanter Übergang zwischen verdrillten und längsparallelen Ketten bestehen muss. Daher bezeichnet der Begriff „Tiefe, in der eine Verdrillung stattfindet“ die Tiefe, bis zu der die Polymerketten nach einer von außen aufgebrachten Verdrillung von 360° noch zu mehr als 90° verdrillt sind.
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Eine Messung der Verdrillung ist z.B. mittels spektrometrischer Verfahren möglich, wobei die Tiefe der Verdrillung mittels anspitzen des Filaments ermittelt werden kann. Weist das Filament einen von dem Kern bis zum Mantel reichenden Bereich auf, der aus einem optisch unterscheidbaren Material besteht (z.B. ein Farbstreifen), ist eine Messung auch durch einfache optische Verfahren (z.B. mittels eines Mikroskops) möglich. Es existieren jedoch auch Messmethoden, die auf polarisiertem Licht oder anderer Strahlung basieren, um eine Ausrichtung von Polymerketten in Kunststoffen zu bestimmen, was sich insbesondere für farblich uniforme Filamente eignet.
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Es sei angemerkt, dass sich die unterschiedliche Reinigungswirkung der Borstenenden und der Flanken der Wendeln in vielen Fällen vorteilhaft miteinander kombinieren lässt. Dies trifft beispielsweise zu für Zahnbürsten, Massagebürsten, Mascarabürsten, Besen, Kehrwalzen, Entrostungsbürsten und auch andere Bürsten zu. Auch können einzelne oder zu Bündeln zusammengefasste spiralige Borsten in besonders vorteilhafter Weise als Interdentalreiniger verwendet werden, die durch Hin- und Herbewegung in den Zahnzwischenräumen eine weit bessere Reinigungswirkung entfalten, da ständig wechselnde Querschnitte zur Wirkung kommen. Selbst dann, wenn ein solcher Interdentalreiniger in engen Lücken verklemmt, wird er nicht abreißen, sondern kann durch Aufdrillen problemlos herausgezogen werden. Schließlich kann auch eine sehr schonende bis pflegende Behandlung erreicht werden, wenn der Wendelquerschnitt entsprechend verrundet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die bei der Verdrillung erhaltene Wendel über die gesamte Länge des Filaments.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die bei der Verdrillung erhaltene Wendel nur auf einem Teil des Filaments, wobei sich insbesondere verdrillte Bereiche mit unverdrillten Bereichen periodisch abwechseln. Insbesondere bei einem Interdentalreiniger ergeben sich Vorteile, wenn er nur in einem Teilbereich seiner Länge verdrillt ist. Der unverdrillte Teilbereich besitzt geringere Querschnittsabmessungen und lässt sich somit leichter in einen Zahnzwischenraum einführen. Das Einführen kann noch weiter erleichtert werden, wenn der unverdrillte Teilbereich zumindest abschnittsweise einen beispielsweise durch Verpressen abgeflachten Querschnitt aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Filament nach dem Verdrillen auf eine Haspel aufgenommen. Auf diese Weise steht es für weitere Schritte, z.B. Kämmen, Schneiden oder für Nachbehandlungen zur Verfügung.
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Eine bevorzugte Nachbehandlung stellt eine Wärmebehandlung dar. Die im Folgenden vorgeschlagenen Wärmebehandlungen können dabei ggf. auch ohne eine Verdrillung ein erfinderisches Verfahren begründen, da der Stand der Technik in der Regel nicht optimal stabilisierte Filamente umfasst. Das extrudierte (und ggf. verdrillte und wärmestabilisierte) Filament wird dabei auf eine Haspel aufgespannt und in einer Temperiereinheit (z.B. einer Heißluft- oder Dampftemperiereinheit oder einem Autoklav) erwärmt. Ein Autoklav stellt dabei eine besonders bevorzugte Temperiereinheit dar, wobei das Filament in dem Autoklav in einer Druckumgebung in Wasserdampf erwärmt wird. Die Kraft, die auf ein Filament auf der Haspel wirkt, liegt dabei bevorzugt zwischen 0,001 und 500 N, insbesondere zwischen 0,01 und 5 N. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Zugspannung des Filaments auf der Haspel zwischen 0,1 und 1000 N/qmm (oder auch nur bis 500 N/qmm), insbesondere zwischen 1 und 100 N/qmm.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Innenraum des Autoklav bzw. das Filament in einem abgeschlossenen Innenraum auf eine vorgegebene Starttemperatur erhitzt. Nach Erreichen dieser Starttemperatur wird in dem Innenraum bevorzugt ein Unterdruck erzeugt und diese erste Unterdruckphase für eine vorgegebene Zeitspanne beibehalten. In einem nächsten Schritt wird in den Innenraum Dampf eingeleitet oder dort erzeugt, wobei die Dampfbehandlungstemperatur über der Starttemperatur liegt. Die Zeit der Dampfbehandlung (Dampfbehandlungszeit) ist dabei insbesondere länger als die erste Unterdruckzeit und setzt sich aus der Einleitphase und der Behandlungsphase zusammen, wobei bevorzugt beide Phasen jeweils länger als die erste Unterdruckzeit sind.
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Nach Abschluss der Dampfbehandlung ist es von Vorteil, das Filament zu trocknen. Dazu wird vorzugsweise erneut ein Unterdruck erzeugt, wobei die Temperatur gegenüber der Dampfbehandlungsphase gleich bleibt oder abgesenkt wird. Diese abschließende Unterdruckphase wird dabei über eine zweite Unterdruckzeit beibehalten, wobei die abschließende Unterdruckphase kürzer andauert als die Behandlungsphase. Danach wird in dem Innenraum wieder Umgebungsdruck hergestellt und die Behandlung ist beendet.
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Die Starttemperatur liegt bevorzugt zwischen 40°C und 90°C, insbesondere zwischen 50°C und 80°.
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Insbesondere herrscht während der Unterdruckphasen im Innenraum ein Vakuum, wobei für die meisten Anwendungen ein Grobvakuum, ein Feinvakuum, oder für manche Anwendungen sogar ein Hoch- oder Ultrahochvakuum. Während der Unterdruckphasen liegt der Druck im Innenraum bevorzugt unter 300 mBar, insbesondere unter 1 mBar, und in manchen Anwendungen sogar unter 0,001 mBar. Aus technischen Gründen beträgt die untere Grenze für den Luftdruck bevorzugt ein Billionstel mBar.
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Die Zeitspanne der ersten Unterdruckphase liegt bevorzugt unter 5 Minuten, insbesondere unter 3 Minuten. Die untere Zeitspanne beträgt insbesondere 1 s.
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Die Zeitspanne der zweiten Unterdruckphase liegt bevorzugt unter 30 Minuten, insbesondere unter 20 Minuten. Die untere Zeitspanne beträgt insbesondere 10 s.
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Bei verdrillten Filamenten liegt diese Zeitspanne insbesondere zwischen der Hälfte und einem Fünftel der Zeitspanne für unverdrillte Filamente, bevorzugt zwischen 3 und 8 Minuten.
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Die Dampfbehandlung umfasst zuerst die Einleitphase, bei der der Dampf in den Innenraum geleitet wird oder dort entsteht während auf die Dampfbehandlungstemperatur erhitzt wird und dann folgend die Behandlungsphase, während der das Filament eine vorbestimmte Zeitspanne in der Dampfumgebung eine Wärmebehandlung erfährt.
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Die Dampfbehandlungstemperatur liegt dabei bevorzugt zwischen 20°C und 120°C über der Starttemperatur. Sie unterscheidet sich insbesondere zwischen verdrillten und unverdrillten Filamenten, wobei sie bei verdrillten Filamenten bevorzugt zwischen 120°C und 180°C liegt und bei unverdrillten Filamenten bevorzugt zwischen 80°C und 130°C liegt. Die Dauer der Einleitphase liegt bevorzugt zwischen 1 und 20 Minuten, insbesondere zwischen 4 und 11 Minuten. Die Dauer der Behandlungsphase ist bevorzugt zwischen 10 und 110 Minuten länger als die Einleitphase und liegt insbesondere zwischen 5 und 120 Minuten. Sie unterscheidet sich insbesondere zwischen verdrillten und unverdrillten Filamenten, wobei sie bei verdrillten Filamenten bevorzugt zwischen 1,5 mal bis 3 mal länger ist als bei unverdrillten Filamenten und bei unverdrillten Filamenten bevorzugt zwischen 20 Minuten und 80 Minuten liegt. Insbesondere liegt die Dauer der Behandlungsphase bei verdrillten Filamenten bevorzugt zwischen 50 Minuten und 200 Minuten.
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Als Beispiel wird im Folgenden eine Wärmebehandlung von Polyamid aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure [NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO]n (auch als „PA 6.6“ bezeichnet) beschrieben. Eine Haspel mit 100 Wicklungen eines verdrillten Filaments aus PA 6.6, wobei ein Filament einen Durchmesser von 1/10 mm aufweist, wird in einen Autoklav eingebracht, der Innenraum geschlossen und eine Starttemperatur von 60° eingestellt.
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Die erste Unterdruckphase findet bei einem Druck zwischen 300 mBar und 100mBar mit einer Dauer von 30 Sekunden statt. Danach wird über einen Zeitraum von 10 Minuten die Temperatur im Innenraum auf 130 °C erhöht und Dampf eingebracht. Im Anschluss findet in der Dampfatmosphäre die Behandlungsphase statt, welche 70 Minuten andauert und nach ihrem Ende von der zweiten Unterdruckphase abgelöst, welche 7 Minuten dauert, und bei der eine Temperatur von 70°C herrscht. Danach wird im Innenraum wieder Umgebungsdruck hergestellt, der Innenraum geöffnet und das Filament kann entnommen werden.
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Bei einem nicht spiraligen Filament aus PA 6.6 kann eine ähnliche Wärmebehandlung wie vorgehend beschrieben angewendet werden, wobei an Stelle der Temperatur von 130 °C eine Temperatur von 90 °C gewählt wird und die Behandlungsphase 35 Minuten dauert.
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Durch Schneiden des erfindungsgemäßen Filaments können Borsten hergestellt werden, die bei einer Vielzahl von Bürsten einsetzbar sind. So sind z.B. die bei der Verdrillung von nichtrunden Monofilen zwischen den auf der Oberfläche verlaufenden Wendeln vorhandenen vertieften Räume besonders dafür geeignet, den beim Bürsten gelösten Schmutz aufzunehmen und zu speichern und erst am Ende der Bürststrecke abzugeben. Diese vorteilhafte Wirkung kommt beispielsweise bei Teppichbürsten, Staubsaugerbürsten, Polierbürsten etc. zur Wirkung.
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Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.
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1 zeigt ein gedrilltes Filament.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung von gedrillten Filamenten.
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3 und 4 zeigen verschiedene Querschnitte gedrillter Filamente.
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In 1 ist ein Teilstück eines Filaments 2 dargestellt, bei dem sich um einen zentralen Filamentbereich ein zweiter Filamentbereich herumwindet. Dies kann einerseits ein zentrales Monofil sein, um welches sich ein zweites Monofil herumwindet oder ein einziges Monofil (oder ein Strang aus Monofilen), dessen obere Schicht einen farbigen Strich oder ein anderes Material aufweist, und das entlang seiner Längsachse verdrillt wurde.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Von einer Rolle 1, um welche das unverdrillte Filament nach der Herstellung aufgerollt worden ist, wird das Filament 2 abgerollt, läuft über eine Heizwalze 3, wobei hier nur einer von mehreren möglichen Umläufen dargestellt ist und wird danach auf eine Haspel 4 aufgerollt und währenddessen verdrillt. Das Filament 2 kann dabei wie mit dem Pfeil dargestellt um diese Haspel 4 herum geführt werden. Es ist aber auch denkbar, dass sich die Haspel 4 entgegen der dargestellten Pfeilrichtung dreht.
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3 und 4 zeigen jeweils den Querschnitt eines Filaments umfassend zwei unterschiedliche Hälften (schwarz und weiß dargestellt). Als Körper müsste sich das verdrillte Filament so vorgestellt, werden, dass seine Längsachse aus der Bildebene hervortritt und der dargestellte Querschnitt über der Längsachse einer konstanten Drehung unterworfen wäre. In 3 ist dabei ein Filament dargestellt, dessen Verdrillung kontinuierlich bis zum Kern erfolgte. In 4 wurde nur ein außenliegender Bereich ausreichend erwärmt, so dass sich die Verdrillung nicht bis in den Kern hinein erstrecken konnte oder zumindest die äußeren Schichten mehr verdrillt sind als der Kern.
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Die Ausführungsbeispiele beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 50°C bis 70°C so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 50°C und der oberen Grenze 70°C mit umfasst sind. Vor allem können die einzelnen Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden.
