DE1629403C3 - Mit Bohrungen versehene Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindune betrifft cine mil einer Vielzahl von

leinen Bohrini<:on wrsdi-iie '.uv.' s'vükiurierU' Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei der Herstellung von Kunstleder besteht ein schwieriges Problem darin, eine ausreichende, mögliehst natürlichem Leder entsprechende Wasserdampfdurchlässigkcit zu erzielen.

Es sind Kunstleder bekanntgeworden, die in ihrer Struktur weitgehend natürlichem Leder angepaßt sind. Derartige Kunstleder lassen sich jedoch nur aus

ίο einer eng begrenzten Anzahl von Kunststoffen herstellen, so daß es schwierig ist, dem Kunstleder physikalische oder chemische Eigenschaften zu geben, die bei diesen Kunststoffen von Natur aus nicht vorhanden sind. Außerdem ist das Herstellungsverfahren derartiger, in ihrer Struktur dem natürlichen Leder ähnelnder Kunstleder ziemlich kompliziert und teuer, und überdies ist es bisher nicht gelungen, die Wasserdampfdurchlässigkeit natürlichen Leders ganz zu erreichen; die bisher bekanntgewordenen Kunstledersorte!! der genannten Art haben nur etwa halb so große Wasserdampfdurchlässigkeiten wie natürliches Leder.

Aus der französischen Patentschrift 1 425 102 ist ferner Kunstleder bekannt, bei dem die gewünschte Wasserdampfdurchlässigkeit durch eine Vielzahl von Bohrungen gewährleistet ist. Dieses Kunstleder läßt sich zwar verhältnismäßig preiswert herstellen, hat aber den entscheidenden Nachteil, daß die Bohrungen nicht nur Wasserdampf, sondern auch flüssiges Wasser durchlassen. Auch bei Anwendung sehr feiner Bohrungen, wie sie etwa mittels eines Energiestrahles, insbesondere eines Elektronenstrahles hoher Strahlspannung hergestellt werden können, ist das Kunstleder nicht wasserdicht. Deshalb sind derartige mit Bohrungen versehene Kunstleder bisher vorwiegend nur in den Fällen angewandt worden, wo die Durchlässigkeit für Wasser normalerweise nicht stört, beispielsweise bei Sitzmöbelbezügen. Als Oberleder für Schuhwerk und für andere ähnliche Anwendungsfälle, wo es auf die Vereinigung von Wasserdampfdurchlässigkeit und Wasserdichtigkeit ankommt, konnten sich die beschriebenen Kunstleder bisher nicht einführen.

Außerdem lehrt das deutsche Gebrauchsmuster 1 683 786 für Kunstleder das Verschließen von Poren mit folienfremden Material. Dies führt im Regelfall jedoch zur Pfropfenbildung, was einen wasser- und wasserdampfundurchlässigen Zustand einbringt. Dieser Verschmutzungseffekt wird bereits in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 676 166 erwähnt, das außerdem die Strukturierung einer Kunststoff-Folie beschreibt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, mit relativ einfachen Mitteln Kunstleder der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das für Wasser praktisch undurchlässig ist, jedoch eine hohe, beispielsweise natürlichem Leder gleiche oder überlegene Wasserdampfdurchlässigkeit aufweist, wie sie durch die Vielzahl von feinen Bohrungen hervorgerufen wird und nach den bekannten Verfahren nicht zu erreichen ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die überwiegende Menge der Bohrungen durch eine im Vergleich zur Dicke der Kunststoff-Folie sehr dünne Haut oder Restschicht aus diesem Kunststoff verschlossen ist.

Es hat sich gezeigt, daß die dünne Kunststoffschicht, wenn ihre Stärke nur genügend klein ist, die tiurc!-! die feinen BoIiKinuen .vuebene Wasserdampf-

durchlässigkeit nur unwesentlich herabsetzt, jedoch einen Durchtritt des Wassers praktisch vollständig verhindert.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kunststoff-Folie vereinigt somit in der gewünschten Weise eine hohe, allein durch die Anzahl und den Querschnitt der Bohrungen bestimmte und beliebig einstellbare Wasserdampfdurchlässigkeit mit Dichtigkeit gegen flüssiges Wasser. Die erfindungsgemäß ausgebildete Kunststoff-Folie kann aus einer großen Anzahl von Kunststoffen hergestellt werden; ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften lassen sich durch geeignete Auswahl des Kunststoffes somit ohne Schwierigkeiten jedem in der Praxis vorkommenden Verwendungszweck anpassen. Insbesondere ergeben sich durch Verbindung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kunststoff-Folie mit hoch wärmedämmenden synthetischen oder natürlichen Vliesen mehrschichtige. Kunstleder mit hervorragenden Gebrauchseigenschaften, die in bezug auf Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Wasserdampfdurchlässigkeit, Wärmedämmung und Biegsamkeit natürlichem Leder sogar überlegen sein können.

Zur Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kunststoff-Folie sieht die Erfindung vor, die Bohrungen in an sich bekannter Weise mittels eines Energiestrahles herzustellen. Die die Bohrungen verschließende dünne Kunststoffhaut kann aber auch nach dem Bestrahlen auf die Folie aufgebracht werden. Es kann aber auch nach der Erfindung die dünne Kunststoffhaut dadurch erzeugt werden, daß beim Bestrahlen der Folie der Strahlquerschnitt und die pro Bohrung angewandte Energiemenge und Einwirkungszeit so auf die Dicke und die Materialeigenschaften der Folie abgestimmt werden, daß in jeder Bohrung als Rest des geschmolzenen und verdampften Materials eine die Bohrung verschließende dünne Kunststoffhaut verbleibt.

Die dünne Kunststoffhaut kann erfindungsgemäß auch dadurch hergestellt werden, daß die Bohrungen, die in an sich bekannter Weise mittels eines Energiestrahles hergestellt werden, durch Anwendung eines zweiten Energiestrahles an ihren Rändern abgeschmolzen werden, wobei Energiestrom, Querschnitt und Einwirkungszeit des zweiten Energiestrahles so eingestellt werden, daß sich die die Bohrungen verschließende Kunststoffhaut durch Zusammenlaufen des von den Bohrungsrändern abgeschmolzenen Folienmaterials bildet. Die dünne Kunststoff haut kann auch dadurch gebildet werden, daß ein begrenzter Tiefenbereich der Folie in seinen physikalischen Eigenschaften, beispielsweise in seinem Vernetzungsgrad durch Bestrahlen mit einem Energiestrahl, derart verändert wird, daß ein zur Herstellung der Bohrungen verwendeter Energiestrahl bei passender Einstellung von Energiestrom und Einwirkungsdauer dessen Tiefenbereich nicht zerstört. Vorzugsweise wird der begrenzte Tiefenbereich derart verändert, daß das dort befindliche Material einen höheren Schmelzpunkt als das umgebende Material aufweist. Erfindungsgemäß kann aber auch eine dünne Kunststoffhaut vor dem Bohren bzw. Bestrahlen auf die Folie aufgebracht oder in die Folie eingearbeitet werden, wonach die Bohrungen mittels eines Elektronenstrahles so hoher Beschleunigungsspannung hergestellt werden, daß in der dünnen Kunststoffhaut keine zum Zerstören der Haut ausreichende Energieabsorption stattfindet.

Überhaupt kann nach der Erfindung als Energiestrahl ein Elektronenstrahl verwendet werden.

Es ergibt sich ein Kunstleder mit besonders günstigen Eigenschaften, wenn ein Kunstleder mit einer Polyurethan-Deckschicht verwendet wird, bei dem die Deckschicht die zu bestrahlende Folie bildet und zum Bestrahlen der Strahlquelle zugewandt wird.

Die Erfindung wird in der folgenden beispielhaften Beschreibung in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 näher beschrieben.

F i g. 1 ist eine stark schematisierte perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kunstleders mit Bohrungen 2 und dem unterlegten Vlies 6;

F i g. 2 zeigt schematisch in vergrößerter Darstellung einen Teil eines Axialschnittes durch eine Bohrung 2, die durch eine dünne Kun.ststoffhaut 3 verschlossen ist;

Fig. 3 entspricht Fig.2, zeigt jedoch eine Kunststoffhaut, die keinen integrierten Bestandteil der Folie bildet;

F i g. 4 entspricht den F i g. 2 und 3, zeigt jedoch eine besonders strukturierte Kunststoffhaut mit Poren 4 und Rissen 5;

F i g. 5 entspricht den F i g. 2 bis 4, zeigt jedoch ein Kunstleder, bei dem die dünne Kunststoffhaut direkt an einer anderen durchlässigen Schicht anliegt.

Die F i g. 1 zeigt eine Kunststoff-Folie I, die mit einer Vielzahl von feinen Bohrungen 2 versehen ist.

Die Folie 1 ist auf ein Textilvlies 6 aufgeklebt, wobei dafür Sorge getragen ist, daß die feinen Bohrungen 2 nicht durch Klebstoff verschlossen sind. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß man die Folie zuerst auf das Vlies aufklebt und erst dann bestrahlt. Die Bohrungen 2 sind im Bereich ihrer oberen Enden durch eine dünne Kunststoffhaut 3 verschlossen, die in F i g. 2 vergrößert angedeutet ist.

Erfindungsgemäß kann die Kunststoffhaut 3 am Rand jeder Bohrung 2 aus dem Material der Folie I ausgeschmolzen sein. Dies ist in F i g. 2 zu erkennen; die dünne Kunststoffhaut verjüngt sich zur Mitte der Bohrung hin, da sie durch Abschmelzen und Zusammenlaufen von Material von den Rändern der Bohrung her entstanden ist. Statt dessen kann die dünne Kunststoffhaut auch, wie F i g. 3 zeigt, als getrenntes Bauelement mit der Folie 1 vereinigt, beispielsweise auf die Folie 1 aufgeklebt sein. Besonders dann, wenn die dünne Kunststoffhaut aus der Folie ausgeschmolzen ist (F i g. 1 und 2), kann es vorkommen, daß die Kunststoffhaut 3 in sich strukturiert ist, beispielsweise Poren 4 oder Risse 5 aufweist, die schematisch dargestellt sind. Es hat sich gezeigt, daß derartige Beschädigungen und Verformungen der dünnen Kunststoffhaut normalerweise keine erhöhte Durchlässigkeit für Wasser mit sich bringen, da ihr freier Durchtrittsquerschnitt sehr klein ist.

Außerdem kann die dünne Kunststoffhaut 3 auch an der einem unterlegten Vlies 6 anliegenden Seite der Folie 1 liegen; in diesem Fall muß man natürlich ebenfalls darauf achten, daß durch das Verbinden des Vlieses mit der Folie die dünne Kunststoffhaut 3 nicht undurchlässig gemacht wird. Man kann auch eine dünne Kunststoffhaut in die Folie während ihrer Herstellung einarbeiten, die gegenüber der Masse des Folienmaterials veränderte physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweist oder zwischen einem oberen und unteren Folienteil einlegen und mit diesem verbinden, beispielsweise verkleben.

Aus Zahlenbeispielen (Foliendicke 0,1 mm, 2000 Bohrungen von je 0,3 mm Durchmesser pro cm²) ergibt sich, daß der gesamte Querschnitt etwa 1,5% der Folienfläche ausmacht; daraus ist zu erkennen, daß bei der erfindungsgemäß gebohrten Folie die physikalisch-chemischen Eigenschaften gegenüber ungebohrter Folie praktisch unverändert sind. Insbesondere ist auch die für die Gebrauchstüchtigkeit maßgebende Zugspannungsfestigkeit infolge der Bohrungen nicht merklich vermindert. Der Gcsamtquerschnitt der Bohrungen ist bei dem genannten Zahlenbeispiel jedoch so groß, daß sich eine dem natürlichen Leder vergleichbare Wasserdampfdurchlässigkeit in der Größenordnung einiger mg/cm'-'/h ergibt. Es ist klar, daß sich leicht eine noch größere Wasserdampfdurchlässigkeit erzielen läßt, wenn man einfach eine größere Anzahl von Bohrungen pro Flächeneinheit vorsieht. Im allgemeinen wird man nicht weniger als 1000 Bohrungen pro cm'- wählen und den Querschnitt der Bohrungen so groß machen, daß sich eine vorbcslimmte Wasserdampfdurchlässigkeit ergibt. Es können natürlich beim Einsatz der erfindungsgemäß ausgebildeten Folie in Kunstleder nach Art des in F i g. 1 dargestellten Kunstleders auch mehrere an sich durchlässige Schichten von verschiedener Faser- oder Porenstruktur verwendet werden.

Die Herstellung der Folie erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß die Bohrungen in an sich bekannter Weise mittels eines Energicstrahles hergestellt werden. Die Bildung der dünnen Kunststoffhaut kann dabei in den Fällen, in denen diese Haut aus abgeschmolzenem Folienmaterial besteht, nach der Erfindung vorzugsweise dadurch erfolgen, daß der Strahlenquerschnitt und die pro Bohrung angewandte Energiemenge und Einwirkungszeit so auf die Dicke und die Materialeigenschaften der Folie abgestimmt werden, daß in jeder Bohrung die dünne Kunststoffhaut aus dem vom Rand her niedergeschmolzenen Material gebildet wird.

Bei einer 0,6 mm starken Polyurethanfolie können beispielsweise mit einem Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 14OkV, einem Strahlendurchmesser von etwa 0.02 mm und einem Strahlenstrom von 4 niA bei einer Einwirkungszeit von etwa 20 bis 40 MikroSekunden Bohrungen mit verschließender dünner Kunststoffhaut hergestellt werden; der Durchmesser der erzeugten Bohrungen liegt bei etwa 0,03 mm. Aus diesen Zahlen geht hervor, daß vorzugsweise etwa 1000 Bohrungen pro cm² mit einer verhältnismäßig großen Arbeitsgeschwindigkeit erzielt werden kann, insbesondere dann, wenn man den zum Bohren benutzten Energiestrahl in an sich bekannter Weise praktisch trägheitslos seitlich ablenkt, um die einzelnen Bohrstellen eines vorgegebenen Flächenstückes der Folie nacheinander zu bearbeiten. Der zeitliche Abstand zweier Bohrvorgänge kann etwa 10 bis 20 Mikrosekunden betragen.

Die außerordentliche Feinheit der Bohrungen läßt sich mit modernen Strahlerzeugungsgeräten ohne besondere Schwierigkeiten erzielen. So kann etwa der beschriebene Elektronenstrahl von etwa 0,02 mm Durchmesser einen Öffnungswinkel von nur 2 bis 3° aufweisen. Durch die in Energiestrahlen erzielbare hohe Energiedichte wird an der Bohrstelle das Material praktisch augenblicklich verdampft und vollständig aus dem Bohrloch entfernt. Da die Bohrlochwandung nach Art einer Schmelzkruste verfestigt wird, tritt auch bei zum Kaltfluß neigenden Folienmaterialien kein Zurückwandern von Material in den erzeugten Bohrungsquerschnitt ein.

Nach der Erfindung kann die die Bohrung verschließende dünne Kunslstoffhaut nach dem Herstellen der Bohrungen angebracht werden. Dies kann durch Anwendung eines zweiten Energiestrahles gcschchen, der von den Rändern der Bohrungen Material abschmilzt.

Dabei werden die Parameter des zweiten Energiestrahles so gewählt, daß sich die dünne Kunststoffhaut in der gewünschten Weise bildet, insbesondere wird der Querschnitt des zweiten Strahls größer gewählt als der Querschnitt des ersten, die Bohrung erzeugenden Strahles, und auch die Verteilung des Energiestromes über den Strahlquerschnitt kann verändert sein, beispielsweise in der Weise, daß die Randbcrciche des Strahls mehr Energie führen als der mittlere Bereich.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Folie kann auch von der Tatsache Gebrauch gemacht werden, daß die Energieaufnahme eines Stoffes bei Bestrahlung meist nur von wenigen einfachen physikalischen Eigenschaften des Stoffes abhängt; beispielsweise ist die Absorption von Korpuskularstrahlen im wesentlichen von der Dichte des absorbierenden Materia! abhängig, und man hat es infolgcdessen in der Hand, Bereiche eines bestrahlten Körpers, die weniger Energie aufnehmen sollen, dadurch in der gewünschten Weise zu gestalten, daß man ihnen eine geringere Dichte gibt bzw. sie aus Material geringerer Dichte herstellt. Dabei wird eine Folie benutzt, die in einem vorgegebenen Tiefenbereich erheblich schwächer absorbiert als in ihren übrigen Bereichen. Der zur Herstellung der Bohrungen benutzte Energiestrahl wird also das unterbrochene Bohrloch erzeugen, und zwar dadurch, daß der Energiestrahl zuerst das Material oberhalb der Zwischenschicht verdampft und danach durch diesen Bereich hindurchtritt und den unteren Abschnitt des Bohrloches herausdampft. Ein solcher Bereich mit veränderten Absorptionseigenschaften kann insbesondere dadurch hergestellt werden, daß durch Bestrahlen der Folie mit einem Energiestrahl das Folienmaterial in dem begrenzten Tiefenbereich in seinem Vernetzungsgrad verändert wird.

Ein ganz ähnliches Verfahren kann erfindungsgemaß so ablaufen, daß eine Kunststoffhaut mit geringerer Absorptionsfähigkeit vor dem Bestrahlen der Folie eingearbeitet oder auf die Folie aufgebracht wird und daß dann beim Herstellen der Bohrungen mittels des Energiestrahles diese Haut wegen ihrer geringen Energieabsorption unverletzt bleibt. Wenn man als Energiestrahl einen Elektronenstrahl verwendet, kann man insbesondere die Beschleunigungsspannung und damit die Durchdringungsfähigkeit so groß wählen, daß in der dünnen Kunststoffhaut keine zum Zerstören der Haut ausreichende Energieabsorption stattfindet.

Wegen seiner guten Fokussierbarkeit, hohen erzielbaren Energiedichte und leichten Steuerbarkeit eignet sich als Energiestrahl vorzugsweise ein Elektronenstrahl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mit einer Vielzahl von feinen Bohrungen versehene und strukturierte Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, dadurch gekennzeichnet, daß die überwiegende Menge der Bohrungen (2) durch eine im Vergleich zur Dicke der Kunststoff-Folie (1) sehr dünne Haut oder Restschicht (3) aus diesem Kunststoff verschlossen ist.

2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaut Poren (4) oder Risse (5) aufweist.

3. Folie nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folic (I) auf einer Seite mit einem Textilvlics (6) bedeckt ist.

4. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaut (3) am Rand jeder Bohrung (2) aus dem Folielimaterial ausgeschmolzen ist.

5. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaul (3) durchgehend auf die Folic (I) aufgebracht ist.

6. Folie nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaut (3) in die Folie (1) eingearbeitet ist.

7. Verfahren zum Herstellen einer mit Bohrungen versehenen Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in an sich bekannter Weise mittels eines Energiestrahles hergestellt werden und daß der Strahlquerschnitt und die pro Bohrung angewandte Energiemenge und Einwirkungszeit so auf die Dicke und die Materialeigenschaften der Folie abgestimmt werden, daß in jeder Bohrung als Rest des geschmolzenen und verdampften Materials eine die Bohrung verschließende dünne Kunststoffhaut verbleibt.

8. Verfahren zum Herstellen mit Bohrungen versehener Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in an sich bekannter Weise mittels eines Energiestrahles hergestellt werden und daß die Bohrungen durch Anwendung eines zweiten Energiestrahlcs an ihren Rändern geschmolzen werden, wobei Energiestrom, Querschnitt und Einwirkungszeit des zweiten Energiestrahles so eingestellt werden, daß sich die die Bohrungen verschließende Kunststoffhaut durch Zusammenlaufen des von den Bohrungsrändern abgeschmolzenen Folicnmatcrials bildet.

9. Verfahren zum Herstellen mit Bohrungen versehener Kunststoff-Folie, insbesondere Kunstleder, nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaut vor dem Bohren auf die Folie aufgebracht oder in die Folie eingearbeitet wird und daß die Bohrungen mittels eines Elektronenstrahls so hoher Beschleunigungsspannung hergestellt werden, daß in der Kunststoffschicht keine zum Zerstören der Schicht ausreichende Energieabsorption stattfindet.