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Anisotrop er Werkstoff zur Herstellung von Bauelementen Die Erfindung
spricht das technische Gebiet der künstlichen Werkstoffe auf Faservliesbasis an.
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Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines ein Zwischenprodukt
vorstellenden künstlichen Werkstoffs, der ein geringes spezifisches Gewicht und
anisotropische Eigenschaften aufweist und billig herzustellen ist. Der Begriff »anisotropische
Eigenschaft« ist dabei dahin zu verstehen, daß der Werkstoff bezüglich seiner mechanischen
Eigenschaften, wie Zug-und Biegefähigkeit, Elastizität, Nachgiebigkeit, Schalldämmung
u. dgl., in einer Richtung bevorzugte Werte aufweist. Ein solcher Werkstoff eignet
sich daher zur Herstellung von Bauelementen zahlreich verschiedener Anwendbarkeit,
also insbesondere für Möbel, Hausbau, Karosseriebau, Wandbekleidungen u. dgl. Weitere
Verwendungsmöglichkeiten werden später erwähnt werden.
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- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei erhöhter Temperatur
flüssige Materialien mittels Spinndüsen in endlose Hohlfäden übergeführt werden
können, daß diese Hohlfäden in sich in der Regel anisotropische Eigenschaften besitzen
und, wie das Beispiel von Kunstpelz gemäß deutscher Patentschrift 953425 zeigt,
in Vielzahl zu einem Vlies vereinigt werden können. Demgemäß liegt der Erfindung
die Aufgabe zu Grunde, durch eine enge und innige Oberflächenverbindung einer Vielzahl
von im wesentlichen parallel zueinander liegenden monofilen hohlen Spinnfäden ein
Gebilde zu schaffen. Ein derart stmkturiertes Gebilde weist eine hohe Zugfestigkeit
in Richtung der Hohlfadenachse, ein vergleichsweise niedriges spezifisches Gewicht
durch Hohlraumausbildung und hohe elastische Nachgiebigkeit in Richtung quer zur
Fadenachse auf, was den eingangs geschilderten Erfindungszweck befriedigt.
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Diese technische Aufgabe der Erfindung wird in der Weise gelöst,
daß die in Spinndüsen erzeugten Hohlfäden in engster Nachbarschaft zueinander auf
einer Ablagefläche abgelegt werden, wo sie erstarren und dabei in eine enge Haftverbindung
gelangen.
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Die zur Durchführung dieser Lösung erforderlichen Materialien, Verfahren
und Apparaturen sind als solche bekannt. Die Gewinnung von Hohlfäden aus bei erhöhter
Temperatur flüssigen Materialien anorganischer oder organischer Natur und insbesondere
Polymerharzen und eine hierfür geeignete Spinnapparatur ist beispielsweise aus der
bereits vorstehend erwähnten deutschen Patentschrift 953 425 bekannt, die jedoch
einen Kunstpelz aus an ihrer Basis insbesondere verschmolzenen kurzen »Haaren« und
»Grannen« zum Gegenstand hat.
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Andererseits ist in der Textiltechnik die Vereinigung einer Vielzahljvon
im wesentlichen parallel zueinander liegenden. Vollfäden zu einem Vlies z.B. durch
die deutsche Patentschrift 109 682 und die enge und innige Verbindung dieser Fäden
an ihren Außenflächen z. B. durch die USA.-Patentschrift 2546230 als Vorbild gegeben.
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Die Erfindung besteht demgemäß aus einem anisotropen Werkstoff zur
Herstellung von Bauelementen, insbesondere für Möbel, Hausbau, Karosseriebau, Wandbekleidungen
u. dgl., bestehend aus einer Vielzahl oberflächlich vereinigter und im wesentlichen
parallel zueinander angeordneter Spinnfäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnfäden
hohl ausgebildet sind.
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Nachstehend soll die Erfindung nunmehr im einzelnen erläutert werden.
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Der neuartige Werkstoff kann entweder ein im wesentlichen zweidimensionaler,
also vergleichsweise dünner Flachkörper oder ein in allen drei Dimensionen weit
ausgedehnter Blockkörper sein.
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Um die erwünschte Außenzonenverschweißung zu erzielen, verwendet
man entweder Spinnfäden, die in ihrem Mantel aus einer schnell erhärtenden Innenzone
und ein langsamer erhärtenden Außenzone bestehen, oder läßt die Fadenvereinigungen
unter Bedingungen vor sich gehen, bei. denen die Spinnfäden zwar schon oberflächlich
verfestigt sind, aber noch so viel Wärmeinhalt aufweisen, daß in der Berührungszone
die festere Außenschicht infolge der hier gehemmten Wärmeabfuhr wieder aufweicht
und
durch die Oberflächenkräfte vereinigt wird. Man nimmt vorzugsweise
Material mit breitem Erweichungsbereich, wie weichgemachtes Polyvinylchlorid oder
Polyäthylen.
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Der Ausdruck »Spinnfäden« umfaßt nicht nur Erzeugnisse des eigentlichen
Spinnverfahrens, sondern auch jedes anderen Verformungsverfahrens für fließbare
Substanzen, insbesondere des in der Kunststofftechnik bekannten Spritzguß- oder
Strangpreßverfahrens, vorzugsweise mittels Schneckenpresse als Fördermittel. Fernerhin
fallen unter diesen Begriff auch alle Querschnittsformen, also außer runden auch
flache, z. B. Bänder.
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Im Fadenhohlraum können auch in an sich bekannter Weise Substanzen
verschiedenartigster Zusammensetzung und chemischer oder physikalischer Wirksamkeit,
wie Farbstoffe, Therapeutika usw., enthalten sein. Als spezielle Ausgestaltung seien
mit gammastrahlenabsorbierender, also schwermetallischer Substanz gefüllte Schutzschirme
gegen Röntgen- oder Atomstrahlen genannt.
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Wie bereits einleitend erwähnt, bietet der neuartige Werkstoff infolge
seiner anisotropischen Eigenschaften, seines umfangreichen Hohlvolumens und seiner
geringen Dichte auf zahlreichen Verwendungsgebieten spezielle Vorteile. So kann
er beispielsweise an Stelle von Holz für Möbel, als Furnier, z. B. mit künstlicher
Maserung infolge mustermäßiger Vereinigung unterschiedlich gefärbter Fäden, als
Wasserfahrzeugbeplankung in vorgebogener oder vorgeformter Form, als flächig ausgedehnter
Lichtleiter in Decken und Wänden, fernerhin an Stelle von Leder oder Kork, z. B.
für rutschfeste Schuhsohlen mit erhöhter Biegsamkeit in Flußlängsrichtung und die
Standfestigkeit verbessernder Quersteifigkeit, für Schuhabsätze und für Fußbodenbläge,
fur Fahrzeugbereifung in Form von Gummihohlfäden, als Füllmaterial für Flugzeugzellen
einschließlich der Treibstoffspeicher verwendet werden.
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Erforderlichenfalls können die in die Oberfläche einmündenden Hohlkanäle
durch Abdecken, - Zuschmelzen oder sonstiges Verstopfen abgedichtet werden. Fernerhin
kann der neuartige Werkstoff auch lagenweise unterschiedliche Hohlkanalweiten aufweisen.
Eine solche Matte mit in den Außenbereichen engen und im Mittelbereich weiteren
Hohlkanälen eignet sich z. B. als Bettmatratze.
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Die oberflächliche Vereinigung der paralleIen Emzelhohlfäden kann
man bereits im Gebiet des Spinndüsenmundes selbst hervorrufen, indem man eine Schlitzdüse
mit einer Vielzahl nebeneinander ange ordneter Kernrohr verwendet.
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Um Werkstoffkörper größerer Dicke zu erzielen, stapelt man eine Vielzahl
von flachen Fadenverbundbahnen übereinander, was durch zickzackförmiges oder spiraliges
Ablegen einer sich ständig bildenden Flachbahn auf einer z. B. trommelförmigen Unterlage
oder durch Ubereinanderschichten von Einzelabschnitten der zunächst unterteilten
Bahn geschehen kann.
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Der Hohlfaden kann auch im Mantel aus zwei oder mehr koaxialen Zonen
unterschiedlicher Zusammensetzung, z.B. aus einer inneren Zone aus höher und einer
äußeren Zone aus niedriger schmelzendem Polyamid handelsüblicher Art, bestehen.
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Zur Realisierung der Erfindung können auch die Hohlfäden zunächst
aus nachträglich aushärtbarer oder vernetzbarer Substanz zu einem vlies artigen
Ge
bilde zusammengefügt werden und dann in dieser Form durch Gammabestrahlung, Hitzeeinwirkung
oder Katalysatorwirkung verfertigt werden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
näher beschrieben, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt Fig. 1 eine schaubildliche
Darstellung eines Ausschnittes eines flächigen Körpers mit den Merkmalen der Erfindung
in stark vergrößertem Maßstabe, F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Einzelelement
in noch stärker vergrößertem Maßstabe, F i g. 3 eine schematische, teilweise geschnittene
Seitenansicht einer nicht den Gegenstand dieses Schutzrechts - bildenden Apparatur
zur Erzeugung eines flächigen Körpers mit den Merkmalen der Erfindung, Fig.4 eine
Aufsicht auf die Apparatur gemäß Fig. 3, Fig.5 einen schematisierten Längsschnitt
durch eine einzelne, nicht den Gegenstand dieses Schutzrechts bildenden Zweistufendüse,
wie sie in den Apparaturen gemäß F i g. 3 und 4 verwendet wird, Fig. 6 eine noch
andere Ausführungsform einer Apparatur zur Herstellung von flächigen Körpern mit
den Merkmalen der Erfindung, Fig.7 einen Teillängsschnitt durch den Schlitzgießer
gemäß der Linie VII-VII der F i g 6, F i g. 8 eine Vorderansicht auf den Schlitzgießer
gemäß F i g. 7, F i g. 9 eine schematische Seitenansicht einer nicht den Gegenstand
dieses Schutzrechts bildendenApparatur zur Erzeugung eines mehrlagigen Ringkörpers
mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 10 eine schaubildliche Teilansicht des in
der Apparatur gemäß F i g. 9 gewonnenen erfindungsgemäßen Körpers in ausgebreitetem
Zustand, Fig. 11 eine schaubildliche Teilansicht des Körpers nach Fig. 10 in stark
vergrößertem Maßstabe und um 900 versetzter Blickrichtung und F i g. 12 eine schaubildliche
Teilansicht eines Körpers, ähnlich Fig. 11, mit anderer Hohlkanalausgestaltung.
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Der in F i g. 1 dargestellte flächige Körper aus schweißbarem organischem
Material besteht aus einer Vielzahl von hohlen Spinnfäden 1, die im Gebiet ihrer
Mantellinien 2 materialeinheitlich verbunden sind. Im Sinne der Fig.2 besteht die
Außenhülle vorzugsweise aus spinnbaren polymeren Substanzen, z.-B. Polyvinylchlorid
od. dgl. Der Kern 12 besteht aus Luft oder einem Gas.
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In den F i g. 3 und 4 ist eine Apparatur zur Herstellung eines flächigen
Körpers dargestellt, dessen Einzelfäden im Sinne der Fig. 1 praktisch parallel zueinander
angeordnet sind. Die Apparatur besteht aus der Spinnapparatur 21, dem endlosen Ablageband
22 und der Aufwickelrolle23. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wurde davon
Abstand genommen, die sonstigen Bau- und Betriebselemente der Apparatur, wie das
Gestell und die Antriebsmittel für Band und Aufwickelrolle, darzustellen.
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Auch die Betriebsmittel für die Spinnapparatur, wie Materialzubringer,
Schmelzeinrichtung, Heizeinrichtung usw., wurden als an sich bekannte Elemente der
einschlägigen Technik aus der Darstellung fortgelassen. Die Spinnapparatur 21 besitzt
eine Mehrzahl von zweistufigen Düsen 24. Jede dieser Düsen -besteht gemäß Fig.6-aus
einem Außenkörper 25 und einem -Kernrohr 26, deren höchstgenaue Lagenzuordnung
durch
radiale Zwischenstege 27 gewährleistet ist. Derartige Höchstpräzisionsdüsen bilden
den Gegenstand anderer Patente. Der Außenkanal der Düsen 24 wird über den Speiseraum
28 mit dem Spinnmaterial für die Außenhülle und über den Speiseraum 29 mit Stickstoff
von geeignetem Druck gefüllt.
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Wie aus der Aufsichtsdarstellung der Fig.4 ersichtlich ist, sind
die zweistufigen Düsen 24 in der Kopfplatte der Spinnapparatur 21 in solcher Versetzung
angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Fädenl eine Mehrzahl von in einer Ebene
nebeneinander angeordneten Fadenbündeln darstellen.
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Diese flächigen Fadenbündel werden unter Erhaltung ihrer ursprünglichen,
zueinander versetzten Stellung auf das Ablageband 22 aufgelegt, wobei sie in praktisch
paralleler Anordnung einander längs ihrer Mantellinie berühren und sich dort im
Sinne der früheren Darlegungen materialeinheitlich verbinden.
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Nach dem Erstarren wird die Folie, die eine Struktur gemäß Fig. 1
besitzt, auf der Rolle 23 aufgewickelt.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 besteht die Spinnapparatur
41 aus einer über die Breite des Ablagebandes 42 hinwegreichenden Schlitzdüse, in
die eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Kerndüsen 46 hineinreichen. Der hintere
Speiseraum 49 liefert das aus den Kerndüsen 46 austretende Gas, und das Außenmaterial
wird über den Speiseraum 48 direkt in den durchgehenden Düsenschlitz eingespeist.
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Die vorstehend beschriebene Apparatur liefert eine Folie mit vergleichsweise
glatten Oberflächen und einer Vielzahl von Hohlkanälen.
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In der F i g. 9 ist eine Apparatur zur Herstellung eines mehrlagigen
Ringkörpers mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung dargestellt, dessen Einzelfäden
im Sinne der früher beschriebenen Ausführungsformen praktisch parallel zueinander
angeordnet sind. Die Apparatur besteht aus der Spinnapparatur 60 und der Ablagetrommel
61. Die Apparatur ähnelt den sogenannten Trommelgießmaschinen, wie sie für die Herstellung
von Filinfolien usw.
in Gebrauch sind. Aus der Spinnapparatur 60 tritt in früher
beschriebener Weise eine Vielzahl von Einzelfäden aus, die sich auf der mit entsprechender
Geschwindigkeit fortlaufend drehenden Ablagetrommel 61 zu einer viellagigen Spirale
62 miteinander verbinden. Nachdem der Spiralkörper die Dicke erreicht hat, die der
zukünftige Massekörper besitzen soll, wird er längs einer Trommelmantellinie aufgeschlitzt,
von der Trommel abgenommen und zu einem ebenen Körper ausgebreitet.
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In dem Schaubild der F i g. 10 sind die einzelnen Bahnlagen mit 62
und die Hohlkanäle mit 63 bezeichnet.
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Fig. 11 zeigt eine schaubildliche Teildarstellung des gleichen Körpers
in noch stärkerer Vergrößerung.
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Die Berührungszonen zwischen den einzelnen Folienbahnen sind mit 72
und die Hohlkanäle mit 73 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform besitzen alle Hohlkanäle
73 praktisch gleichen Querschnitt.
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Die der Fig. 11 ähnliche Fig. 12 zeigt eine Abwandlung des neuartigen
Körpers, bei dem die Hohlkanäle 83r im Randzonengebiet einen kleineren Querschnitt
als die in der mittleren Zone liegenden Hohlkanäle 83m besitzen. In der Figur wurde
schematisch dargestellt, daß sich der Durchmesser der Kanäle von der Randzone nach
der Mittelzone hin ständig vergrößert.