DE19610481B4

DE19610481B4 - Verfahren zum An- oder Aufschmelzen von geformten Gebilden durch Hochfrequenzschweißen

Info

Publication number: DE19610481B4
Application number: DE19610481A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Disselbeck; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Brüning; Bernhard Dipl.-Ing. Jahn; Klaus Dr. Bender
Original assignee: Trevira GmbH
Current assignee: Trevira GmbH
Priority date: 1996-03-16
Filing date: 1996-03-16
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2016-03-17
Also published as: FR2746697B1; IT1290052B1; FR2746697A1; KR970064877A; CN1164465A; CN1104323C; DE19610481A1; ITMI970539A1; US5804025A; JPH107814A

Abstract

Verfahren zum An- oder Aufschmelzen von geformten Gebilden, enthaltend Garne, umfassend die Maßnahmen:
a) Vorlegen geformten Gebildes aus Polyester, welcher 40 bis 95 Mol-% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel III und 60 bis 5 Mol-% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel IV enthält, -O-OC-Ar³-CO-O-R³- (III),und -O-OC-Ar⁴-CO-o-R⁴- (IV),worin Ar³ 1,4-Phenylen und/oder 2,6-Naphthylen ist, R³ und R⁴ Ethylen bedeuten und Ar⁴ 1,3-Phenylen ist.
b) Einwirkung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung in einer derartigen Intensität und für eine derartige Zeitdauer, dass zumindest ein Teil des geformten Gebildes an- oder aufschmilzt und das Garn ein Garn in Form eines Hybridgarnes ist, das Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfilamente und tiefer schmelzende Matrixfasern oder Matrixfilamente aus Polyestern der Formel III und IV enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bei dem ausgewählte Polyester durch Hochfrequenzschweißen an- oder aufgeschmolzen werden.
Es ist bekannt, dass Formteile aus Kunststoffen durch Verschweißen miteinander verbunden werden können. Dabei können unterschiedlichste Schweißtechniken zum Einsatz kommen, so auch das sogenannte Hochfrequenzschweißen (vergl. Römpp Chemie Lexikon, Stichwort "Kunststoff-Schweißen", S. 2402, 9. Auflage, G. Thieme Verlag (1990).
In der Patentliteratur finden sich mehrere Hinweise zum Einsatz von Schweißtechniken bei der Verbindung von Formteilen aus Kunststoffen, beispielsweise von Fasern oder textilen Flächengebilden daraus. So wird in der DE-A-37 14 935 ein künstliches Haar aus Thermoplasten beschrieben, das eine spezielle Form aufweist und zur Haarimplantation geeignet ist. Ein Verarbeitungsschrift bei der Herstellung dieses Haares umfasst das Verschweißen des Thermoplasten. In der allgemeinen Beschreibung werden verschiedene Thermoplaste aufgezählt, so auch Polyester.
In der DE-A-27 50 593 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochfrequenzverspleißen thermoplastischer Elementarfäden beschrieben. Einzelheiten zum dabei eingesetzten Material sind der Schrift nicht zu entnehmen.
In der ES-A-86-07,816 wird das Hochfrequenzschweißen eines Polyamidgewebes beschrieben.
Schließlich ist aus der DE-AS-17 04 179 ein Verfahren zum Verbindung von Folien bekannt, bei dem ein erhitzbares und wärmespeicherndes Material eingesetzt wird.
Es werden eine Reihe von dafür in Frage kommenden Kunststoffen aufgezählt; Polyester werden nicht erwähnt.
Es ist allgemein bekannt, dass sich marktübliche Polyestertypen, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), nicht zum Hochfrequenzschweißen eignen. So wird im Fachbuch von H. Domininghaus "Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", 3. Auflage, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf 1988, auf S. 505 ausgeführt, dass PET nicht HF-schweißbar ist.
Aus JP-A-07-060896 und JP-A-62-273229 sind hochfrequenzschmelzbare Polyester auf Basis von meta-substituierten Aromaten bekannt.
Es wurden jetzt ausgewählte Polyester gefunden, die sich für die Hochfrequenzschweißtechnik eignen und die sich daher in einfacher und kostengünstiger Art und Weise verarbeiten lassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum An- oder Aufschmelzen von geformten Gebilden gemäß Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Verfestigen und/oder Verbinden von textilen Flächengebilden gemäß Anspruch 7.
Bei den zum Einsatz gelangenden geformten Gebilden kann es sich um beliebige Gebilde ein-, zwei- oder dreidimensionaler Natur handeln, welche mindestens einen derartigen Anteil des oben definierten modifizierten Polyesters aufweisen, so dass mittels Hochfrequenzschweißtechnik ein An- oder Aufschmelzen erzielt werden kann. Dabei handelt es sich insbesondere um Platten, Folien, Beschichtungen, Hohlkörper und Spritzgussartikeln, sowie ganz besonders bevorzugt um Garne und/oder um textile Flächengebilde enthaltend derartige Garne.
Der Begriff "Garn" ist im Rahmen dieser Beschreibung in seiner breitesten Bedeutung zu verstehen; dabei handelt es sich also um Stapelfasergarne oder vorzugsweise um Filamentgarne.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt ein Hybridgarn zum Einsatz, das Verstärkungsfasern, vorzugsweise Verstärkungsfilamente, und tieferschmelzende Matrixfasern, vorzugsweise Matrixfilamente, aus den oben definierten Polyestern enthält.
Bei den Matrixfasern aus Polyestern handelt es sich vorzugsweise um Fasern, die einen Schmelzpunkt aufweisen, der mindestens 10°C, insbesondere mindestens 30°C unter dem Schmelzpunkt oder dem Zersetzungspunkt der Verstärkungsfilamente liegt.
Ganz besonders bevorzugt werden Hybridgarne ein-gesetzt, bei denen die Verstärkungsfasern einen Anfangsmodul von größer als 50 GPa aufweisen, und vorzugsweise aus Glas, Kohlenstoff oder aromatischem Polyamid bestehen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden Hybridgarne eingesetzt, bei denen die Verstärkungsfasern einen Anfangsmodul von größer als 10 GPa aufweisen und aus Polyester, insbesondere aus Polyethylenterephthalat bestehen.
Die zum Einsatz kommenden modifizierten Polyester sind an sich bekannt. Ein typischer und besonders bevorzugter Vertreter derartiger Polyester ist isophthal-säure-modifiziertes Polyethylenterephthalat.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden geformte Gebilde eingesetzt, die ein modifiziertes Polyethylenterepthalat enthalten, welches die wiederkehrenden Struktureinheiten der Formeln III und IV wie in Anspruch 1 definiert, enthält.
Die erfindungsgemäß eingesetzten modifizierten Polyester weisen üblicherweise eine intrinsische Viskosität von mindestens 0,5 dl/g, vorzugsweise 0,6 bis 1,5 dl/g auf. Die Messung der intrinsischen Viskosität erfolgt in einer Lösung des Copolyesters in Dichloressigsäure bei 25°C.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich alle Vorteile, die bislang schon bei der Anwendung des Hochfrequenzschweißens auf andere Kunststoffe bekannt geworden sind, auf die Gruppe von Polyestern übertragen. Zu diesen Vorteilen zählen beispielsweise die Schnelligkeit des Verfahrens, die Möglichkeit des Verzichts auf zusätzliche Schweiß- bzw. Klebstoffe, sowie – da die Elektroden bei dem Verfahren kalt bleiben – das Entfallen einer thermischen Belastung von HF-unsensiblen Schweißpartnern.
Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist herauszustellen, dass keine speziell angepassten Vorrichtungen zum Einsatz kommen brauchen. Die Durchführung des Verfahrens kann mit den üblichen für das Hochfrequenzschweißen bekannten Anlagen durchgeführt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt üblicherweise hochfrequente elektromagnetische Strahlung des Frequenzbereichs von 10 kHz bis 200 MHz, vorzugsweise von 20–200 MHz, besonders bevorzugt von 25–72 MHz und insbesondere von etwa 27 MHz, zum Einsatz.
Übliche Energiedichten bewegen sich im Bereich von etwa 5 bis 100 W/cm².
Übliche Schweißzeiten betragen 1 bis 100 sec, vorzugsweise 10 bis 30 sec.
Der Schweißvorgang kann ohne Anwendung von Druck auf die zu verbindenden Teile ausgeführt werden. Vorzugsweise wird zusätzlicher Druck ausgeübt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Formteile aus Polyester oder aus Polyester und anderen Materialien verbinden, konfektionieren oder ganz, partiell oder in Form von vorgegebenen Mustern an- oder aufschmelzen.
Es werden geformte Gebilde enthaltend ein modifiziertes Polyethylenterepthalat eingesetzt, das 40 bis 95 Mol% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel III und 60 bis 5 Mol% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel IV enthält, worin Ar3 1,4-Phenylen und/oder 2,6-Naphthylen ist, R3 und R4 Ethylen bedeuten und Ar4 1,3-Phenylen ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden textile Flächengebilde, insbesondere Gewebe, Gelege, Gestricke, Gewirke oder Vliese verfestigt und/oder verbunden.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben definierten Polyester zum An- oder Aufschmelzen durch Hochfrequenzschweißen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.
Beispiel 1
Ein Stapelfaservlies bestehend aus 70 Vol.% einer Faser 1 und aus 30 Vol.% einer Faser 2, wobei Faser 1 eine Kern-Mantel Faser mit 50 Vol.% Kern aus Polyethylenterephthalat und mit 50 Vol.% Mantel aus isophthalsäure-modifiziertem Polyethylenterephthalat (Isophthalsäureanteil [bezogen auf die Säurekomponenten] von 40 Mol%) war und Faser 2 eine Faser aus Polyethylenterephthalat war, wurde 10 Sekunden lang mit 40 W/cm² unter Anwendung eines Druckes von 5 bar HF-verdichtet (27 MHz). Der Mantelteil von Faser 1 schmolz dabei auf und verklebte die verbliebenen Faseranteile. Es wurde eine gute Verdichtung und Verfestigung erhalten.
Beispiel 2
Ein Stapelfaservlies bestehend aus 70 Vol.% einer Faser 3 und aus 30 Vol.% einer Faser 4, wobei Faser 3 eine Faser aus isophthalsäure-modifiziertem Polyethylenterephthalat (Isophthalsäureanteil [bezogen auf die Säurekomponenten] von 40 Mol%) war und Faser 4 eine Faser aus Polyethylenterephthalat darstellte, wurde 10 Sekunden lang mit 40 W/cm² unter Anwendung eines Druckes von 5 bar HF-verdichtet (27 MHz). Es war eine deutlich bessere Verfestigung und eine glattere Oberfläche des entstandenen Flächengebildes festzustellen. Faser 3 schmolz vollständig auf und bildete eine Matrix um die verbliebenen Faserkomponenten.
Beispiel 3
Es wurden je zwei 2 mm starke glasfaserverstärkte (50 Vol.% Glas) Polyesterstreifen von je 20 mm Breite mit 25 min Überlappung aufeinandergelegt und HF verschweißt. Der Polyester bestand aus isophthalsäure-modifiziertem Polyethylenterephthalat mit einem Isophthalsäureanteil (bezogen auf die Säurekomponenten) von 40 Mol%. Es war eine gute Verschweißung beider Streifen festzustellen.
Beispiel 4
Es wurden je zwei 2 mm starke glasfaserverstärkte (50 Vol.% Glas) Polyesterstreifen von je 20 mm Breite mit 25 mm Überlappung aufeinandergelegt und HF verschweißt. Der Polyester bestand aus isophthalsäure-modifiziertem Polyethylenterephthalat mit einem Isophthalsäureanteil (bezogen auf die Säurekomponenten) von 33 Mol%. Es war eine gute Verschweißung beider Streifen festzustellen.
Vergleichsbeispiel
Es wurden je zwei 2 mm starke glasfaserverstärkte (50 Vol.% Glas) Polyesterstreifen von je 20 mm Breite mit 25 mm Überlappung aufeinandergelegt und HF verschweißt. Die Maschineneinstellungen entsprachen denen der Beispiele 3 und 4. Der Polyester bestand aus Polyethylenterephthalat. Es war keinerlei Verschweißung beider Streifen festzustellen

Claims

Verfahren zum An- oder Aufschmelzen von geformten Gebilden, enthaltend Garne, umfassend die Maßnahmen: a) Vorlegen geformten Gebildes aus Polyester, welcher 40 bis 95 Mol-% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel III und 60 bis 5 Mol-% der wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel IV enthält, -O-OC-Ar³-CO-O-R³- (III),und -O-OC-Ar⁴-CO-o-R⁴- (IV),worin Ar³ 1,4-Phenylen und/oder 2,6-Naphthylen ist, R³ und R⁴ Ethylen bedeuten und Ar⁴ 1,3-Phenylen ist. b) Einwirkung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung in einer derartigen Intensität und für eine derartige Zeitdauer, dass zumindest ein Teil des geformten Gebildes an- oder aufschmilzt und das Garn ein Garn in Form eines Hybridgarnes ist, das Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfilamente und tiefer schmelzende Matrixfasern oder Matrixfilamente aus Polyestern der Formel III und IV enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hochfrequente elektromagnetische Strahlung im Radiowellenbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte Gebilde ein Garn enthaltend Stapelfasern oder Filamente aus Polyester nach Anspruch 1 ist oder dass das geformte Gebilde ein textiles Flächengebilde enthaltend ein derartiges Garn ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixfasern aus Polyestern einen Schmelzpunkt aufweisen, der mindestens 30°C unter dem Schmelzpunkt oder dem Zersetzungspunkt der Verstärkungsfilamente liegt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern einen Anfangsmodul von größer als 50 GPa aufweisen, und vorzugsweise aus Glas, Kohlenstoff oder aromatischem Polyamid bestehen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern einen Anfangsmodul von größer als 10 GPa aufweisen und aus Polyester, insbesondere aus Polyethylenterephthalat bestehen.
Verfahren zum Verfestigen und/oder Verbinden von textilen Flächengebilden, durch Verschweißen dieser Gebilde umfassend die Maßnahmen: a) Vorlegen eines textilen Flächengebildes enthaltend Garne gemäß Anspruch 1, und die b) Einwirkung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung in einer derartigen Intensität und für eine derartige Zeitdauer, dass zumindest ein Teil der Garne gemäß Anspruch 1 im textilen Flächengebilde an- oder aufschmilzt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einwirkende hochfrequente elektromagnetische Strahlung im Radiowellenbereich liegt.