DE1900745C3 - Verfahre' -' Vorrichtung zum Zerfasern eines t>. ndes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerfasern eines Bandes aus thermoplastischem Material durcn mechanische Einwirkung eines rotierenden, mit Spitzen versehenen und im wesentlichen quer zum Band angeordneten Werkzeuges auf das in Längsrichtung orientierte, gegebenenfalls mit Rippen versehene Band während dessen Bewegung unter Spannung.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS .?? 73 771 bekannt. Hierbei erfolgt ein quasi kontinuierlicher Eingriff mit dem Band, wodurch dieses < >5 mit Schlitzen verschen, jedoch nicht fibrilliert wird.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise erlauben, ein Band aus thermoplastischem Material zu fibrillieren und eine Vielzahl von Erzeugnissen herzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Werkzeug Kanten aufweist, längs derer eine Mehrzahl von Zähnen in gleichem Abstand voneinander angeordnet ist, wobei dieser Abstand im Fall der Verwendung eines mit Rippen versehenen Bandes größer als der Abstand zwischen den Rippen des Bandes ist, und daß die Kanten aufeinanderfolgend das Band auslenken, während sie im Eingriff mit dem Band sind, und dann wieder außer Eingriff mit dem Band gelangen. Durch die erfindungsgemäße Kombination aus momentaner Spannung und Schlageinwirkung erfolgt eine wirksame Fibrillierung des Bandes. Das Ausmaß der Zerfaserung, wie auch die Natur, die Querschnittsabmessungen und die Gleichförmigkeit der Fasern und der seitlichen Vorsprünge werden dadurch gesteuert, daß man die charakteristischen Eigenschaften des Bandes, die Dimensionierung der gezahnten Kante und die Relativgeschwindigkeit der gezahnten Kante in bezug auf das Band entsprechend bemißt.

Die erfindungsgemäß erzeugten Fasern können seitlich vorspringende Rippen auf einander gegenüberliegenden Seiten aufweisen, welche die Fülligkeit und den Widerstand gegen ein Zusammenpressen über das von herkömmlichen kontinuierlichen Fasern her bekannte Ausmaß hinaus erhöhen, oder sie können seitlich vorspringende kurze Längsfasern aufweisen, welche den Fasern nicht nur eine verbesserte Fülligkeit verleihen, sondern außerdem den Eindruck eines Garnes bewirken, welches von einem Stapel gesponnen worden ist, oder diese Fasern können ein Netzwerk aus Fäserchen aufweisen, welche die Fasern in einer netzartigen Struktur untereinander verbinden. Die Fasern können außerdem aus einer Mehrzahl von Riefen bzw. Längsrippen bestehen, beispielsweise aus zwei derartigen Längsrippen und der sie verbindenden, nicht aufgetrennten Bahn.

Anhand der folgenden beispielsweisen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem kurzen Querschnitt durch das Band und die gezahnte Kante des in Fig. 1 gezeigten Werkzeuges, in maßstabgerechter, 110-fach vergrößerter Darstellung,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das Werkzeug der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines kurzen Abschnittes einer Ausführungsform einer durch Zerfaserung des Bandes in der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten Faser,

Fig. 5 eine der Fig.4 ähnliche Ansicht einer netzartigen Struktur, welche durch Zerfaserung des Bandes in dieser Vorrichtung erzeugt worden ist,

F i g. 6 eine der F i g. 4 ähnliche Ansicht einer anderen Faserform, welche aus dem Band in dieser Vorrichtung durch Zerfaserung erzeugt worden ist, und

Fig. 7 eine der Fig.4 ähnliche perspektivische Ansicht einer weiteren, durch Zerfaserung des Bandes in der Vorrichtung nach F i g. 1 erzeugen Faserform.

In l·1 g. 1 ist schemaiisch ein. erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, welche Vorschubmittel besitzt, die eiti Paar Vorschubrollen 1 und ein Paar Ziehrollen 2 umfaßt, um ein Banci 3 aus mit Rippen versehenem

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Kunststoff durch die Vorrichtung zu führen. Der Abstand zwischen den Vorschubrollen 1 und den Ziehrollen 2 umfaßt einen Bereich, welcher nachfolgend als Zerfaserungszone bezeichnet wird. Die Rollen I und 2 werden mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben. daß der sich in dieser Zone befindende Teil des Bandes 3 unter Spannung gehalter wird. Der unter Spannung befindliche Teil des Bandes 3 in dieser Zerfaserungszone wird durch ein Werkzeug 4 bearbeitet, dessen Querschnitt die Form eines gleichseiligen ι ο Dreieckes aufweist Die Kanten 5 des Werkzeuges sind mit einer Verzahnung versehen, so daß Zähne 6 und Kerben 7 gebildet werden (F i g. 2). Das Werkzeug 4 ist mittels einer Welle S um seine Achse drehbar gelagert, wobei die Welle 8 mit ihren gegenüberliegenden Enden in Stützen 9 gelagert ist. Eine Drehung in Richtung des Pfeiles A wird auf das Werkzeug 4 beispielsweise durch einen Riemen 10 übertragen, welcher über eine Riemenscheibe 11 an einem Ende der Welle geführt ist. Das Werkzeug 4 ist derart gelagert, daß sich seine Achse im wesentlichen parallel zu den Berührungslinien zwischen den Vorschubrollen 1 und den Ziehrollen 2 erstreckt und gegenüber einer geraden Linie zwischen diesen Berührungslinien versetzt ist, so daß das Band 3 über die Kanten 5 des Werkzeuges 4 abgewinkelt wird.

Das Band 3 besteht aus einem dünnen Streifen eines thermoplastischen Materials, wie z. B. Polypropylen, und ist mit einer Reihe von im wesentlicher, gleiche Abstände aufweisenden Rippen 12 versehen, welche in Längsrichtung des Bandes verlaufen und durch Bahnen 13 verminderter Dicke verbunden sind, wie es in F ·. g. 2 dargestellt ist. Das Band 3 ist einachsig in einer zu den Rippen 12 parallelen Richtung orientiert. Durch eine einachsige Orientierung wird die Zugfestigkeit des Bandes in Achsrichtung der Orientierung sehr erhöht, die Festigkeit in dazu quer verlaufender Richtung wird vermindert, so daß das Band leicht in Längsrichtung aufspaltbar ist. Im Vergleich mit den Bahnen 13 besitzen die Rippen 12 einen verhältnismäßig hohen Widerstand gegenüber dem Aufspalten, so daß die Aufspaltung in Längsrichtung des Bandes sich im allgemeinen auf die Bahnen 13 beschränkt und die sich ergebenden Fasern im allgemeinen mit den Rippen 12 übereinstimmen.

Bei der Betätigung der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wird das Band 3 durch Ziehrollen 2 von den Vorschubrollen 1 her vorwärtsbewegt, wobei sich der zwischen ihnen befindliche Bandabschnitt, d. h. der Abschnitt in der Zerfaserungszone, unter einer Spannung befindet und über das Werkzeug 4 abgewinkelt wird. Da das Werkzeug 4 in Richtung des Pfeiles A in Drehbewegung versetzt wird, werden die Kanten 5 aufeinanderfolgend längs Linien mit dem Band in Eingriff gebracht, welche zu diesem in Querrichtung verlaufen, wobei jede aufeinanderfolgende Eingriffslinie entgegen der Vorschubrichtung des Bandes einen Abstand von der vorhergehenden Eingriffslinie aufweist. Nach dem Eingriff wird die Kante 5 längs des Bandes bewegt und dann außer Eingriff mit ihm gebracht. Da sich das Band 3 unter Zugspannung befindet, werden die Zähne 6 der Kanten 5 das Band durchdringen und es dadurch in Fasern auftrennen.

Das erzeugte Produkt kann einzelne kontinuierliche Fasern 14 umfassen, welche seitlich vorspringende feine t-'itserchen 16 aufweisen, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, oder Fasern 146 mit seitlichen Rippen 136, wie es aus (,<, F i g. b ersichtlich ist, oder ein net/a'liges Gebilde paralleler und in Abständen voneinander angeordneter Fasern I4;j, die durch eine b.ihn von Fäserchen 16« miteinander veibunden sind, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, oder aber eine Anzahl nicht getrennter Rippen, wie es in F i g. 7 dargestellt ist Insbesondere umfassen die Fasern 14 mit feinen seitlichen Fäserchen nach Fig.4 eine zentrale Rippe, welche einer Rippe 12 des Bandes en'spricht und Abschnitte i3a der anschließenden Bahnen 13, welche in Kanten 15 enden, längs welcher die Bahnen aufgespaltet wurden, um jede Rippe von den im Band 3 benachbarten Rippen zu trennen. An den Kanten 15 befinden sich verhältnismäßig kurze, sich in seitlicher Richtung erstreckende Fäserchen 16. Da die Fäserchen 16 aus den Bahnen 13 entstanden sind, sind sie feiner als die Rippen 12. Wenn die Fasern in einem Garn miteinander verbunden werden, erzeugen die Fäserchen 16 den Eindruck eines gesponnenen Garnes und geben einen weichen Griff, außerdem schaffen sie ein fülligeres Garn mit verbesserter Isolierwirkung und geringerem Gewicht.

Das in Fig.5 gezeigte Erzeugnis umfaßt Fasern 14a, welche wie die Fasern 14 nach F i g. 4 den Rippen 12 des Bandes entsprechende Längsversteifungen 'jnd Abschnitte 13a der anschließenden Bahnen 13 aufweisen. Von den Kanten 15a der Fasern erstrecken sich seitlich Fäserchen 16a, welche den Fäserchen 16 ähnlich sind, jedoch mit der Ausnahme, daß sie nicht von einer der benachbarten Fasern, zwischen welchen sie ausgebildet sind, getrennt sind, und damit eine die benachbarten Fasern verbindende Bahn darstellen. Die Fasern 14a können leicht mit Abstand voneinander parallel zueinander ausgerichtet werden, indem man einfach die netzartige Struktur ausbreitet.

Das in Fig. 6 gezeigte Erzeugnis umfaßt eine Faser 146, welche eine einer Rippe 12 entsprechende Längsversteifung besitzt, sowie seitlich vorspringende Rippen 136, welche den Bahnen 13 des Bandes 3 entsprechen. Dieses Erzeugnis wird durch das Fehlen von Fäserchen wie den Fäserchen 16 und 16a gekennzeichnet, welche sich von der Kante 156 der Rippen 136 aus erstrecken wurden.

Das in F i g. 7 gezeigte Erzeugnis umfaßt eine Faser 14c mit einem Paar von im Abstand zueinander verlaufender Rippen 12, welche durch eine Bahn 13 miteinander verbunden werden, welche nicht aufgespalten worden ist, sowie Rippen 13c, welche den Rippen 136 ähnlich sind und sich seitlich von den Rippen 12 auf den von der ungespalteten Bahn 13 abgewandten Seiten mit Kanten 15cerstrecken.

Ob eine vollständige Zerfaserung oder Trennung des Bandes in einzelne Fasern mit seitlichen Fäserchen oder seitlichen Rippen eintritt, oder ob eine beliebige unvollständige Trennung oder die Ausbildung einer netzartigen Struktur stattfindet, hängt erstens von der Anzahl der Zähne 6 ab, welche zwischen jedes Paar der Rippen 12 längs jeder Längeneinheit des Bandes eingreifen, was wiederum von der Geschwindigkeit des Werkzeuges 4 relativ zur Geschwindigkeit des Bandes 3 und auch von der Anzahl der Kanten 5 und der Anzahl der pro Längeneinheit längs der Kanten 5 angeordneten Zähne 6 relativ zum Abstand zwischen den Rippen 12 des Bandes abhängt, zweitens vom Bogen, durch welchen sich die Zähne bewegen, während sie sich in Eingriff mit dem Band befinden, was abhängig ist von dem Winkel, in welchem das Band 3 über das Werkzeug 4 g"führt ist oder — in anderen Worten — davon, um welchen Betrag das Werkzeug relativ zur geraden Verbindungslinie zwischen den Berührungslinien zwischen den Vorschubrollen 1 und den Ziehrollen 2 versetzt ist. drittens von der Schwäche des Ranrlrs in

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seitlicher Richtung oder von dessen Spaltbarkeit, welches Merkmal eine Funktion des Orientierungsgrades ist, und viertens von der Dimensionierung der Zähne 6, d. h. wie spitz die Zahnspitzen ausgebildet sind und wie tief die Kerben zwischen den Zähnen und wie breit die Zähne an ihrem Zahnfuß ausgebildet sind.

Die Zähne müssen nicht auf die Anzahl der Rippen abgestimmt sein, um eine vollständige Abtrennung einer jeden Rippe zu erreichen. Benutzt man ein Werkzeug 4, bei welchem jeder Zahn 6 einer Kante 5 das Band 3 an einem Punkt berührt, welcher auf dem Band seitlich gegenüber jenem Punkt versetzt ist, welcher durch den entsprechenden Punkt der vorhergehenden Kante 5 beaufschlagt worden ist, so wird der folgende Zahn nicht in den gleichen Spalt zwischen zwei Rippen eingreifen, Der aufeinanderfolgende Angriff der Zähne 6 auf dem Band erfolgt im Gegenteil an Punkten, welche seitliche Abstände voneinander aufweisen. Um eine vollständige Zerfaserung zu erreichen, besteht daher die einzige Anforderung darin, daß eine ausreichende Anzahl von Zähnen vorzusehen ist, welche den Film zwischen jeder Rippe pro Längeneinheit beaufschlagen, beispielsweise 3 bis 4 pro 25,4 mm, um eine vollständige Trennung der beiden Rippen zu erreichen. Dies kann erreicht werden, indem man eine Mehrzahl von einzelnen Kanten vorsieht und indem man die Geschwindigkeit steigert, mit welcher das Werkzeug 4 in Drehbewegung versetzt wird. Es kann somit beispielsweise ein Band mit etwa 65 Rippen pro 25,4 mm vollständig durch ein Werkzeug 4 zerfasert werden, welches dreieckigen Querschnitt aufweist und damit drei Kanten 5 besitzt, von welchen jede etwa 40 Zähne pro 25,4 mm aufweist. Sind die Zähne der aufeinanderfolgenden Zahnreihen auf dem Werkzeug 4 jeweils aufeinanderfolgend um einen gleichmäßigen Betrag gegeneinander versetzt, so sind im Endeffekt längs des Werkzeuges 4 120 Zähne pro 25,4 mm vorgesehen, so daß der Eingriff eines Zahnes zwischen je zwei Rippen bei jeder Umdrehung des Werkzeuges 4 im wesentlichen sichergestellt ist. Durch eine Drehbewegung des Werkzeuges 4 mit einer Geschwindigkeit, welche relativ zur Vorschubgeschwindigkeit des Bandes 3 ausreichend hoch gewählt ist, kann die gewünschte Anzahl von Schlagen pro Längeneinheit bewirkt werden.

Eine bevorzugte Anordnung der Zähne 6 besteht darin, daß sie auf um das Werkzeug herumlaufenden Schraubenlinien angeordnet sind. Ein solches Werkzeug kann nicht nur billig hergestellt werden, es besitzt außerdem den Vorteil, daß die einzelnen Zähne als Segmente eines Schraubengewindes leicht gekantet sind, so daß beim Eingreifen eines jeden Zahnes in das Band dieser die Neigung besitzt das Band seitlich zu verschieben. D'ese Wirkung hat anscheinend den Vorteil, daß die Vibration des Bandes, welches beim Eingriff einer Kante kontinuierlich zur Seite geschoben wird und wieder zurückkehrt, wenn es von der Kante freigegeben wird, den Eingriff der Zähne in das Band bei jeder Bahn sicherstellt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Band im wesentlichen durch jede Kante freigegeben wird, bevor es durch die darauffolgende Kante beaufschlagt wird. Auf diese ,Weise schlägt jede Kante gegen das Band, während das Band abwechselnd durch die aufeinanderfolgenden Kanten gestreckt und entspannt wird. Der Schlag verbessert die Zerfaserung, während die darauffolgende Entspannung des Bandes die Ansammlung von unausgeglichenen Kräften, wie z. B. seitlichen Spannungen,

welche durch die vorstehend erwähnten kantigen Zähne hervorgerufen werden, verhindert

Beispiel 1

Es wurde ein Werkzeug 4 benutzt, das einen Durchmesser von 38,1 mm aufwies und 40 Zähne pro 25,4 mm auf seinen Kanten aufwies, wobei ein Polypropylenband benutzt wurde, welches etwa 65 Rippen pro 25,4 mm und mit einem Streckverhältnis von etwa 6:1 verstreckt worden war. Bei Anwendung von Geschwindigkeiten von Werkzeug und Band, bei welchen das Band von 6 bis 8 Kanten pro 25,4 mm beaufschlagt wurde, hat es sich gezeigt, daß ein vollständig zerfasertes Band erzeugt wurde, welches Fäserchen aufwies, deren Zahl im allgemeinen mit der Anzahl der Zähne pro 25,4 mm und pro Rippenpaar übereinstimmte. Wenn die Vorrichtung so betrieben wurde, daß jeweils 25,4 mm des Bandes von 3 oder 4 Kanten beaufschlagt wurden, wurde eine netzartige Struktur entsprechend Fig. 5 erzeugt, mit einer unvollständigen Trennung zwischen den Rippen. Wenn die Relativgeschwindigkeit von Band und Werkzeug so eingestellt wurde, daß das Band von etwa 14 bis 16 Kanten pro 25,4 mm beaufschlagt wurde, so begann das Garn fusselig auszusehen. Bei etwa 18 bis 20 Kanten pro 25,4 mm Bandlänge, wird das Band im wesentlichen zerstört, und zwar wegen der großen Anzahl gebrochener Fasern

Beispiel 2

Ein Polypropylenband wurde durch eine Düse extrudiert, welche Rippenöffnungen aufwies, die einen runden Querschnitt und einen Durchmesser von etwa 0,36 mm aufwiesen, während die verbindenden Bahnöffnungen eine Dicke von etwa 0,05 mm besaßen und wobei der Abstand von einem Punkt einer Rippenöffnung zu einem entsprechenden Punkt der benachbarten Rippenöffnung 0,6 mm betrug. Das Band wurde im Schmelzziehverfahren mit einem Streckverhältnis von 4:1 erzeugt und wurde anschließend auf ein Verhältnis von 6:1 weiter verstreckt. Im orientierten Band, welches im wesentlichen der maßstabgerechten, 110-fach vergrößerten Darstellung in F i g. 2 entsprach, besaßen die Rippen eine Dicke von etwa 0,076 mm, die Bahnen hatten eine Dicke von etwa 0,0127 mm und der Abstand von einem Punkt auf einer Rippe zum entsprechenden Punkt auf einti benachbarten Rippe betrug etwa 0,25 mm. Dieses Band wurde dadurch zerfasert, daß es unter Zugspannung über ein Werkzeug geführt wurde, wobei die beiden Enden des Bandes einen Winkel von 150° miteinander einschlossen. Das Werkzeug war aus einer mit Gewinde versehenen Stange von 12,7 mm Durchmesser gebildet, weiche 40 Gänge auf 25,4 mm Länge aufwies. Die Stange war auf einen dreieckigen Querschnitt gefräst worden. Die Stange wurde mit einer Geschwindigkeit von 3600 U/min in Drehbewegung versetzt und das Band wurde mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min bewegt. Das Band wurde im wesentlichen vollständig in Fasern zerlegt, um ein Garn zu bilden, welches einzelne Fasern von jeweils etwa 35 den aufwies, welche jeweils etwa 6 seitliche Fäserchen auf 25,4 mm Länge besaßen, von denen die größere Anzahl etwa bis in eine Größenordnung von 6,4 mm Länge reichte.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend im Zusammenhang mit Polypropylen beschrieben worden

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ist, kann jedes thermoplastische Polymerisationsprodukt, wie z. B. Nylon, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder Polyester benutzt werden, welches geeignet ist, als orientiertes Band ausgebildet zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

19 OO Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zerfasern eines Bandes aus thermoplastischem Material durch mechanische Einwirkung eines rotierenden, mit Spitzen versehenen und im wesentlichen quer zum Band angeordneten Werkzeuges auf das in Längsrichtung orientierte, gegebenenfalls mit Rippen versehene Band während dessen Bewegung unter Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug Kanten aufweist, längs derer eine Mehrzahl von Zähnen in gleichem Abstand voneinander angeordnet ist, wobei dieser Abstand im Fall der Verwendung eines mit Rippen versehenen Bandes größer als der Abstand zwischen den Rippen des Bandes ist, und daß die Kanten aufeinanderfolgend das Band auslenken, während sie im Eingriff mit dem Band sind, und dann wieder außer Eingriff mit dem Band gelangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längs der Kanten angeordneten Zähne in axialer Richtung relativ zu den entsprechenden Zähnen der benachbarten Kanten versetzt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne auf um das Werkzeug herumlaufenden Schraubenlinien angeordnet sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Vorschubmitteln zum Bewegen des Bandes in Längsrichtung unter Spannung durch eine Zerfaserungszone und einem drehbaren, mit Spitzen versehenen Werkzeug dessen Drehachse quer zum Band angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, da3 das Werkzeug (4) Kanten (5) aufweist, wobei längs jeder Kante eine Anzahl von Zähnen (6) in gleichem Abstand voneinander angeordnet ist, und daß Stützelemente (8,9) und Antriebsmittel (10,11) vorgesehen sind, um die Kanten des Werkzeuges periodisch in und außer Eingriff mit dem Band zu bringen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (5) auf dem Umfang des Werkzeuges (4) in solcher. Abständen angeordnet sind, daß das Band (3) von einer Kante freigegeben wird, bevor die nächste Kante das Band beaufschlagt.