DE19851667A1 - Mehrschichtiges Verbundmaterial - Google Patents
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Abstract
Es ist ein mehrschichtiges Verbundmaterial aus wenigstens zwei Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei wenigstens eine erste Schicht ein Vlies aus thermoplastischen Fasern (20) ist, offenbart, wobei die Schichten mindestens durch Thermobondierung an Bonding-Zonen miteinander verbunden sind, wobei im Bereich der Bonding-Zonen die Materialien der Schichten zumindest teilweise miteinander verschmolzen sind und wobei die Bonding-Zonen dem Verbundmaterial eine dreidimensionale Struktur verleihen. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verbundmaterial dadurch aus, daß die dreidimensionale Struktur wenigstens einer Bonding-Zone im Quer- und Längsschnitt die Form einer kurvenförmig ausgebildeten kantenlosen Mulde aufweist, welche durch einen ein Bonding-Zentrum bildenden Bodenbereich sowie durch sich übergangslos anschließende Seitenbereiche gebildet ist, wobei die Schichten ausschließlich im Bereich des Bodenbereichs der Mulde miteinander thermobondiert sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Verbundmaterial
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren
zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
Es sind eine Vielzahl von mehrschichtigen Verbundmaterialien
bekannt, welche aus wenigstens zwei Schichten aus thermopla
stischen Kunststoffen bestehen, wobei wenigstens eine Schicht
ein Vlies aus thermoplastischen Fasern ist. Allgemein formu
liert handelt es hierbei um bahnförmige Gebilde, bei denen
ein Vlies oder mehrere Vliese mit wenigstens einer weiteren
Warenbahn, welche als Film, Folie, als Faserbahn oder als ein
weiteres Vlies ausgebildet sein kann, wenigstens durch Ther
mobondierung miteinander verbunden sind, wobei die weitere
Warenbahn wenigstens eine von dem Vlies abweichende Eigen
schaft aufweisen soll. Man versucht hier also unterschiedli
che Eigenschaften jeglicher Art der sich unterscheidenden
Schichten zu kombinieren wobei versucht wird, unterschiedli
che Funktionssysteme der zweiten Schicht in Faserverband-
Composites zu integrieren.
Die Vliesschicht dient in der Regel als Trägermaterial, wel
ches eine gewisse mechanische Festigkeit gewährleistet und im
Bedarfsfalle textilartige Eigenschaften aufweisen muß. Auch
ein möglichst rascher Hindurchtritt von Flüssigkeiten, Fest
stoffen und gasförmigen Stoffen durch das Vlies kann für die
Anwendung eine Rolle spielen.
Die zweite Schicht soll wenigstens eine von der durch ein
Vlies gebildeten ersten Schicht abweichende Eigenschaft auf
weisen. Beispielsweise kann die zweite Schicht eine wasser
dichte und dampfdurchlässige Membran, eine - im Bedarfsfalle
wasserdichte - gummielastische Folie, oder ein weiteres Vlies
sein, wobei das zweite Vlies eine vom ersten Vlies abweichen
de Eigenschaft aufweist, beispielsweise kann das zweite Vlies
hydrophob, schwerentflammbar, UV-beständig oder mit gegenüber
dem ersten Vlies größeren Öffnungsstrukturen ausgerüstet
sein.
Diese aus zwei unterschiedlichen Schichten bestehenden Ver
bundmaterialien kommen für einen weiten Anwendungsbereich in
Frage, beispielsweise auf dem Textilsektor, im Hygienebereich
als Bestandteil von Windeln, Damenhygieneprodukten, im medi
zinischen Bereich, beispielsweise als Abdecktuch, auf dem
Bausektor, wo derartige Verbundmaterialien als Unterspannbah
nen oder als diffusionsoffene Membranen eingesetzt werden,
als Schutzbekleidung und im Bereich der Landwirtschaft als
Insektenschutzplanen.
Je nach Anforderungsprofil bestehen dabei die Vliese aus
Spinnfasern aus den Materialien PP, PE, PU, PA, PL, einem Co
polymer oder aus deren Homologen, Isomeren, sowie aus Gemi
schen dieser Rohstoffe.
Die beispielsweise als Membran ausgebildete zweite Schicht
wiederum kann eine Kunststoffolie sein, welche entweder mi
kroporös ist oder den Transport von Wasserdampf durch die
Membran auf chemischen Wege durch Adsorbtion/Desorbtion er
möglicht. Im letzteren Fall ist die Verwendung einer Folie
aus PU, einem Blockcopolymer, einem Polyäther, Polyester oder
aus anderen den Transport von Wasserdampf ermöglichenden hy
drophilen Polymeren und Copolymeren denkbar.
Neben Kunststoffolien werden als Membran auch Fasermembranen,
vorzugsweise aus Mikrofasern, eingesetzt, welche die gefor
derten Eigenschaften dadurch erhalten, daß bei deren Herstel
lung die Fasern verdichtet und/oder heiß versiegelt werden,
oder ihre Eigenschaften auf andere Weise erhalten.
Die zweite Schicht kann, wie oben dargelegt, auch eine gum
mielastische Folie oder ein gummielastischer Film sein, was
beispielsweise in der DE 42 43 012 C2 beschrieben ist.
Problematisch ist bei allen diesen Verbundmaterialien die
dauerhafte und die beschädigungsfreie Verbindung der zweiten
Schicht mit einer oder zwei Schichten eines Vlieses.
Um die Schichten miteinander zu verbinden, kommen vor allem
drei Verfahren in Frage, nämlich das Verkleben der Schichten,
beispielsweise durch ein Hot-Melt-Verfahren, das Thermobon
dieren, wobei eine Kombination beider Verfahren auch möglich
ist, sowie die in situ Direktbeschichtung, insbesondere mit
hydrophilen Polymeren.
Das Verkleben der Schichten ist dabei insofern problematisch,
als daß der ganz- oder teilflächige Kleberauftrag die Luft-
und Wasserdampfdurchlässigkeit beeinträchtigt bzw. vermindert
und zudem zu einer signifikanten Versteifung des Verbundmate
rials führt und damit den textilen Charakter des Verbundmate
rials hinsichtlich seiner Weichheit, Drapierfähigkeit und den
textilen Fall verschlechtert. Zudem führt der Auftrag von
Klebern zu erhöhten Herstellungskosten.
Beim Thermobondieren wird versucht, die Schichten teilflächig
entsprechend dem Gravurdessin der Bonding-Walzen über Druck,
Temperatur und Zeit kraft- und formschlüssig miteinander zu
verbinden. Dies ist insofern dann problematisch, wenn die als
Membran, Folie oder Film ausgebildete zweite Schicht durch
die scharfen Kanten der in die Oberfläche des Verbundmateri
als eintauchenden Bonding-Stümpfe so geschädigt wird, daß die
Dichtigkeiten gegenüber Flüssigkeiten signifikant abnehmen
bzw. überhaupt nicht mehr vorhanden sind. Des weiteren wirken
sich Geschwindigkeitsunterschiede der aus dem Walzendruck
spalt mittels vorgegebener Zugspannung herausgezogenen Waren
bahn gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit der Bonding-Walzen
selbst negativ aus.
Ist die zweite Schicht als gummielastische Folie ausgebildet
entsteht neben der verminderten Wasserdichtheit das Problem,
daß sich beim Thermobondieren keine kraft- und formschlüssige
Verbindung der zwei Schichten erzielen läßt. Durch die heißen
und scharfen Bonding-Stümpfe oder -Stempel wird die gummiela
stische Folie im Bereich der Bondingpunkte durchgebrannt und
geht somit verloren. Die gummielastische Folie wird durch das
Thermobondieren so verändert, daß sie sich nach dem Thermo
bondieren als netzartige Struktur darstellt, welche sich mit
nur geringem Kraftaufwand vom Vlies abziehen läßt. Der Film
ist nämlich nach dem Thermobondieren nicht homogen bzw. voll
flächig in das Fasersystem des Vlieses integriert, sondern
nur an den Bondingpunkten mit dem Vlies verbunden.
Ursache für die Beschädigung der zweiten Schicht sind dabei
die scharfen Kanten der Bonding-Stümpfe. Bedingt durch die
scharf abgegrenzte, plane und kleine Prägefläche findet beim
Eintauchen der Bonding-Stümpfe in die Oberfläche der unverfe
stigten Faserstruktur des Fasergeleges oder des Vlieses ein
Abquetschen bzw. ein Abschmelzen oder Abscheren einzelner
oder mehrerer am Bondingprozeß teilnehmender Fasern statt.
Dies führt dann dazu, daß das die Bonding-Zone umgebende Ma
terial verdichtet, verfestigt und verschweißt wird und seine
Eigenschaften bezüglich des textilen Charakters unerwünscht
verändert.
Bezüglich der zweiten Schicht führt die scharfkantige, plane
und punktförmige Prägefläche sehr leicht zu einem Durch
schmelzen oder zu einem Schmelzebruch dieser zweiten Schicht.
Dies führt zu einem Verlust oder zu einer Verminderung der im
Bedarfsfalle geforderten Eigenschaften, beispielsweise Flüs
sigkeitsdichtheit, insbesondere Wasserdichtheit, Rückstell
kraft gummielastischer Systeme, Bakteriendichtheit, Viren
dichtheit, antibakterielle Ausrüstungen, Schwerentflammbar
keit, UV-Beständigkeit, antistatische Ausrüstung, oder ande
res.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundmaterial gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welches mög
lichst gute textile Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig
die jeweils gewünschte Eigenschaft der zweiten Schicht durch
die Verbindung der unterschiedlichen Schichten miteinander
durch Thermobondierung nicht negativ beeinflußt werden soll.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben,
durch welches ein derartiges Verbundmaterial bereitgestellt
werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem mehrschichtigen Verbundmaterial
gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist,
bzw. wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale
des Patentanspruchs 14 aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die dreidimensionale
Struktur wenigstens einer Bonding-Zone im Quer- und Längs
schnitt die Form einer kurvenförmig ausgebildeten kantenlosen
Mulde aufweist, welche durch einen ein Bonding-Zentrum bil
denden Bodenbereich, sowie durch sich übergangslos anschlie
ßende Seitenbereiche gebildet ist, wobei die Schichten aus
schließlich im Bereich des Bodenbereichs der Mulde miteinan
der thermobondiert sind.
Ein derartiges Verbundmaterial wird den gestellten Anforde
rungen an den textilen Charakter bzw. an die Beibehaltung der
erforderlichen Eigenschaften der zweiten Schicht vollauf ge
recht. Dadurch, daß die Bonding-Zone nicht wie bei herkömmli
chen Lösungen scharfe und deutliche Kanten entsprechend der
Geometrie der Bonding-Stümpfe aufweist und schon rein optisch
punktförmig in Erscheinung tritt, ermöglicht die einer Halb
kugel entsprechende oder von der Halbkugel abgeleitete oder
sonstwie einem kantenlosen gerundeten Körper entsprechende
Mulde ein sanftes rollendes Thermobondieren und damit eine
Abkehr von dem bislang angewendeten prägenden oder stanzenden
Thermobondieren.
Die sich an das Bonding-Zentrum übergangslos anschließenden
Seitenbereiche gewährleisten dabei einen nahtlosen, sanften
und fließenden Übergang zur Oberfläche des Verbundmaterials.
Bei der optischen Begutachtung eines erfindungsgemäßen mehr
schichtigen Verbundmaterials fällt vor allem auf, daß keine
scharfen, hart begrenzten Bonding-Punkte festzustellen sind,
welche dem Verbundmaterial eine waffelähnliche Struktur ver
leihen. Es ist hierbei im Gegenteil festzustellen, daß die
einzelnen Bonding-Zonen, welche nicht, wie sonst üblich,
punktförmig ins Auge springen, keine scharfen Begrenzungsrän
der aufweisen, sondern ähnlich druckstellenartigen Vertiefun
gen in weichen Materialien in Erscheinung treten.
Bei weiterer sensitiver Begutachtung fällt vor allem der wei
che, angenehme und textilartige Griff des erfindunsgemäßen
Verbundmaterials auf, welches ohne scharfkantige Oberflächen
strukturen auskommt. Daher eignet sich das erfindungsgemäße
Verbundmaterial sehr gut dazu, direkt auf der Haut getragen
zu werden.
Im Rahmen von Meßversuchen hat sich bezüglich eines erfin
dungsgemäßen Verbundmaterials aus einem Vlies und aus einer
wasserdichten und wasserdampfdurchlässigen Membran aus PU ge
zeigt, daß die als kantenlose Mulde in Erscheinung tretende
Bonding-Zone auch bezüglich der geforderten Eigenschaft der
Wasserdampfdurchlässigkeit und der Wasserdichtheit vorteil
haft ist. Dadurch, daß es für das erfindungsgemäße Verbundma
terial nötig ist, die einzelnen Bonding-Zonen rollend in das
Verbundmaterial einzubringen, findet das Thermobondieren sehr
viel sanfter statt, als bei bislang bekannten Lösungen. Vor
allem fällt auf, daß, auch unter extremen Versuchsbedingun
gen, eine Beschädigung oder ein Zerstören der Membran im Be
reich der Bonding-Zonen nicht stattfindet, die Membran daher
also an diesen Stellen ihre Eigenschaften bezüglich der Was
serdichtheit und der Dampfdurchlässigkeit unbeeinträchtigt
beibehält. Ähnliches hat sich auch bezüglich eines Verbundma
terials aus einem Vlies und aus einer mikroporösen Folie aus
PP gezeigt.
Kurz gefaßt wird mit dem erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Verbundmaterial eine Entkopplung des Interessenkonflikts hin
sichtlich hoher Bondingintensität einerseits und optimalem
Schutz von Membransystemen andererseits erreicht.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die
Bonding-Zone durch wenigstens eine Sicke gebildet ist, welche
quer zu ihrem Verlauf kurvenförmig und kantenlos ausgebildet
ist, wobei die Sicke durch einen ein Bonding-Zentrum bilden
den Bodenbereich, sowie durch sich übergangslos anschließende
Seitenbereiche gebildet ist, wobei die Schichten im Bereich
des Bodenbereichs der Sicke miteinander thermobondiert sind.
In diesem Fall tritt die Bonding-Zone nicht als in sich abge
schlossenes und gegen die Oberfläche des Verbundmaterials ab
gegrenzte, punktförmige Zone in Erscheinung, sondern sie
zieht sich in Form einer Sicke oder Rinne im Bedarfsfalle
über die gesamte Breite der Warenbahn des Verbundmaterials.
Ein derartiges linienförmiges Thermobondieren ist an sich
zwar bekannt, doch wiesen die entsprechenden Bonding-Stümpfe
bei diesen linienförmigen Thermobondierungs-Verfahren auch
und stets kantenförmige Bondingstümpfe auf. Da mit diesen
linienförmigen Bonding-Stümpfen eine sehr viel größere Bon
ding-Fläche geschaffen wird, treten die eingangs geschilder
ten Probleme potenziert auf, da die relativ langen Seitenkan
ten derartiger Bonding-Stümpfe die Gefahr einer Verletzung
des Membransystems noch erhöhen.
Werden dagegen, wie bei der Erfindung vorgesehen, kantenlose
Bonding-Stümpfe, welche sich über die gesamte Breite der Bon
ding-Walze erstrecken können, eingesetzt, wird auch bei die
ser alternativen Ausführungsform der Erfindung ein sanftes
Bonding durch das behutsame Einrollen der länglichen Bonding-
Stümpfe erreicht.
Bei dieser alternativen Ausführungsform kann weiter vorgese
hen sein, daß sich die Sicke von einer ersten Seitenkante des
Verbundmaterials bis zu einer zweiten Seitenkante des Ver
bundmaterials erstreckt, wobei ferner vorgesehen sein kann,
daß das Verbundmaterial mit wenigstens zwei Sicken versehen
ist, welche jeweils einen gemeinsamen kantenlosen Kreuzungs
bereich aufweisen. Eine Vielzahl von Sicken verleihen dann
dem Verbundmaterial eine gitterartige Struktur, wie es in ei
ner weiteren praktischen Ausgestaltung der Erfindung vorgese
hen ist.
Gemäß praktischen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgese
hen, daß die Eintauchtiefe des Bonding-Zentrums in die zweite
Schicht 5-50% der Ausgangsdicke der zweite Schicht be
trägt, und/oder daß bei einer Eintauchtiefe von 20 µm eines
Bonding-Stumpfes in die zweite Schicht die Prägefläche des
Bonding-Zentrums 20-25% der Fläche der Bonding-Zone ent
spricht.
Gemäß einer weiteren praktischen Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, daß das Vlies ein Spinnfaservlies mit Fasern
aus PP, PE, PU, PA, PL, einem Copolymer, oder aus deren Homo
logen, Isomeren, sowie aus Gemischen dieser Rohstoffe ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Schicht ein
Flächengewicht von 1-50 g/m2 aufweist, insbesondere wenn
die zweite Schicht ein Flächengewicht von 3-8 g/m2 auf
weist. Derartig geringe Flächengewichte ließen sich bislang
in gattungsgemäßen Verbundmaterialien durch Thermobondierung
nicht beschädigungsfrei integrieren. Da aber, worauf noch
einzugehen sein wird, bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
sehr geringe Liniendruckverläufe ermöglicht werden, lassen
sich nunmehr auch sehr dünne und leichte, die zweite Schicht
bildende, Warenbahnen zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Verbundmaterials verwenden.
Ferner kann gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung
vorgesehen sein, daß die zweite Schicht eine flüssigkeits
dichte und gasdurchlässige Membran ist, beispielsweise eine
als Kunststoffolie ausgebildete Membran, wobei die Membran
mikroporös ausgerüstet sein kann, oder daß die Membran eine
Fasermembran ist. Ferner ist vorgesehen, daß die zweite
Schicht als gummielastische Folie ausgebildet ist, wobei die
se wasserdicht und im Bedarfsfalle wasserdampfdurchlässig
ausgebildet sein kann.
Die weitere Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials bereitzu
stellen, wird dadurch gelöst, daß beim Thermobondieren im
Walzendruckspalt der Walzenanordnung die Bonding-Zone jeweils
dadurch erzeugt wird, daß jeweils ein kantenloser Bonding-
Stumpf wenigstens einer Bonding-Walze in beide Schichten mit
kontinuierlicher Kraftübertragung über die Längsachsen der im
Einflußbereich der Bonding-Zone befindlichen Fasern einge
rollt wird.
Hierbei hat sich überraschend gezeigt, daß die kantenlose
Prägefläche des Bonding-Stumpfes in den Randbereichen der
Bonding-Zone nur eine Verdichtung des Fasergeleges bewirkt,
nicht aber eine Verfestigung und Verschweißung. Dies wirkt
sich sehr vorteilhaft auf die textilen Eigenschaften des Ver
bundmaterials aus.
Durch das rollende Eintauchen des Bonding-Stumpfes in das
Verbundmaterial findet keine scherende, schneidende, prägende
oder stanzende Bewegung des Bonding-Stumpfes statt, so daß
hiermit der Gefahr begegnet werden kann, daß einzelne oder
mehrere Fasern zerschnitten, gequetscht oder bereits in Sei
tenbereichen der Bonding-Zone verschweißt werden könnten.
Insbesondere in situ gefertigte Faservliesstoffe lassen sich
durch das erfindungsgemäße Verfahren so behandeln, daß die
außen liegenden Vliese in sich abrieb- und spaltsicher verfe
stigt werden, wobei die im Thermobondingprozeß beteiligte
zweite Schicht ohne Beschädigung kraft- und formschlüssig mit
dem außen liegenden Vlies verbunden wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
insbesondere in der Thermoverfestigung von Faservliesstoffen
zu sehen. Der weiche Übergang der Bonding-Zone in die unver
festigte Faserstruktur des Fasergeleges hinein führt zu ver
änderten mechanisch-technologischen Eigenschaften des ther
misch verfestigten Faserverbundes.
In praktischen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah
rens ist vorgesehen, daß beim Thermobondieren die Linien
druckparameter variiert werden, daß während des Thermobondie
rens die Temperatur der Bonding-Walze variiert wird, und daß
für das Thermobondieren ein Druck gewählt wird, welcher einem
Liniendruckverlauf im Walzendruckspalt von 5 dN/cm bis 150
dN/cm Spaltbreite entspricht. Es war bislang nämlich insbe
sondere nicht möglich, eine wirksame Thermobondierung ohne
signifikante Beschädigung der beteiligten Membranen bzw. Fil
me oder Folien mit derart geringen Liniendruckverläufen im
Walzendruckspalt zu erreichen. Erstmals möglich wird dies nur
durch das angegeben Verfahren.
In weiteren praktischen Ausgestaltungen der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Bonding-Walze Bondingstümpfe mit kanten
losen Prägeflächen aufweist, daß die Eintauchtiefe der Bon
ding-Stümpfe 5 bis 80% der Ausgangsdicke des Verbundmateri
als beträgt und daß das Verfahren mit einer Walzenanordnung,
bestehend aus einer Bonding-Walze und einer planen Gegenwal
ze, durchgeführt wird. Alternativ ist vorgesehen, daß das
Verfahren mit einer Walzenanordnung, bestehend aus zwei kon
gruenten Bonding-Walzen, durchgeführt wird, wobei die Bon
ding-Walzen jeweils an ihren Mantelflächen mit kantenlosen
Bonding-Stümpfen versehen sind. Ferner kann vorgesehen sein,
daß das Verfahren mit einer Bonding-Walze und einer im Ab
stand zur Mantelfläche der Bonding-Walze angeordneten Ultra
schall-Schweißquelle ausgeführt wird, wobei die Bonding-Walze
an ihrer Mantelfläche mit Bonding-Stümpfen mit kantenlosen
Prägeflächen versehen ist.
In einer praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens ist ferner vorgesehen, daß die Schichten des Verbund
materials zusätzlich zum Thermobondieren kongruent zu den ge
wählten Bonding-Pattern, d. h. genau in der Bonding-Zone, mit
einander verklebt werden.
Durch das zusätzliche Verkleben der beiden Schichten im Be
reich der Bonding-Zonen können beispielsweise auf relativ
einfache Weise dem Kleber zugesetzte Additive in das Verbund
material eingebracht werden, welche sonst nur schwer inte
grierbar wären. Solche Additive können die UV-Beständigkeit,
die Schwerentflammbarkeit oder die Drapierfähigkeit des Ver
bundmaterials verbessern, oder sie können das Verbundmaterial
zusätzlich hydrophilieren bzw. hydrophobieren.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden an
hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung, in der Be
schreibung sowie in den Patentansprüchen beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 in vergrößertem Maßstab einen Teilbereich
eines Ausführungsbeispiels des erfin
dungsgemäßen Verbundmaterials im Längs
schnitt,
Fig. 2 schematisch einen Verfahrensschritt zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Ver
bundmaterials,
Fig. 3 schematisch einen Eintauchvorgang eines
Bonding-Stumpfes in ein erfindungsgemäßes
Verbundmaterial,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines zweiten Ausfüh
rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verbundmaterials in perspektivischer An
sicht im vergrößertem Maßstab,
Fig. 5 einen Auschnitt des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials
aus Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab,
und
Fig. 6 einen Ausschnitt eines dritten Ausfüh
rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verbundmaterials in perspektivischer An
sicht in vergrößertem Maßstab.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verbundmaterials 10 im Längsschnitt darge
stellt. Dieses weist eine erste Schicht 12 und eine zweite
Schicht 14 auf, wobei die Schicht 12 ein Vlies 16 mit einer
Vielzahl von ein Fasergelege 18 bildenden Fasern 20 ist. Eine
Oberfläche 22 des Vlieses 16 bildet gleichzeitig die Oberflä
che 22 des Verbundmaterials 10.
Die Schicht 14 stellt sich als flüssigkeitsdichte und gas
durchlässige Membran 24 dar, welche zumindest im Bereich ei
ner Bonding-Zone 26 fest mit dem Vlies 16 verbunden ist.
Unter flüssigkeitsdicht und gasdurchlässig wird ganz allge
mein die Eigenschaft der zweiten Schicht 14 verstanden, gegen
den Einsatzbereich des Verbundmaterials 10 betreffende Flüs
sigkeiten - Wasser, Blut, Urin, Säuren, Basen, und derglei
chen - dicht bzw. für den Einsatzzweck des Verbundmaterials
relevante Gase und gashaltige Stoffe - insbesondere Wasser
dampf, andere Dämpfe, Rauchgas, Stäube und andere Gase - of
fen, d. h. durchlässig ist.
Die in Fig. 1 dargestellte zweite Schicht 14 ist im speziel
len wasserdicht und wasserdampfdurchlässig ausgebildet.
Die Bonding-Zone 26 weist im Quer- wie im Längsschnitt die
Form einer kurvenförmig ausgebildeten kantenlosen Mulde 28
auf, welche durch ein Bodenbereich 30 sowie durch sich über
gangslos anschließende Seitenbereiche 32, 34 gebildet ist.
Diese Seitenbereiche 32, 34 gehen wiederum übergangslos in
die Oberfläche 22 des Verbundmaterials 10 über. Der Bereich,
in dem die eigentliche Thermobondierung der beiden Schichten
12, 14 miteinander stattgefunden hat, wird durch den Bodenbe
reich 30 der Bonding-Zone 26 gebildet. Dieser Bodenbereich 30
stellt daher ein Bonding-Zentrum 36 dar. In diesem Bonding-
Zentrum 36 sind die Materialien der Schichten 12, 14 unlösbar
miteinander verschweißt. Dagegen hat in den Seitenbereichen
32, 34 der Bonding-Zone keine Verfestigung und keine Ver
schweißung, sondern nur eine Verdichtung stattgefunden.
In Fig. 2 ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundmaterials 10 mittels einer Walzenanordnung 38 darge
stellt. Die Walzenanordnung 38 besteht aus einer Bonding-
Walze 40 und aus einer Gegenwalze 42 mit plangeschliffener
Mantelfläche 46. Zwischen sich gegenüberliegenden Mantelflä
chen 44, 46 der Bonding-Walze 40 bzw. der Gegenwalze 42 be
findet sich ein Abstand, welcher einen Walzendruckspalt 48
definiert. In diesem Walzendruckspalt 48 werden die noch un
verbundenen Schichten 12, 14 in Richtung des Pfeiles A in die
Walzenanordnung 38 eingeführt; das fertige Verbundmaterial 10
verläßt die Walzenanordnung 38 entsprechend aus dem Walzen
druckspalt 48 in Richtung des Pfeiles B.
An der Mantelfläche 44 der Bonding-Walze 40 ist eine Vielzahl
von Bonding-Stümpfen 50 angeordnet, von denen in Fig. 2 nur
ein Bonding-Stumpf 50 dargestellt ist. Dieser Bonding-Stumpf
50 weist eine Prägefläche 52 auf, welche keine scharfen Kan
ten aufweist. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Prägefläche
52 in ihrer Form halbkugelähnlich.
Durch die Rotation der Bonding-Walze 40 und durch die Ober
flächengestaltung der Prägefläche 52 rollt sich beim Einfüh
ren der Schichten 12, 14 in den Walzendruckspalt 48 der Bon
ding-Stumpf 50 mit seiner Prägefläche 52 in das Fasergelege
18 ein. Durch die Form der Prägefläche 52 bedingt, wird er
reicht, daß eine Thermobondierung nur im Bereich des Bonding-
Zentrums 36 erfolgt, in den Seitenbereichen 32, 34 jedoch we
der eine Thermobondierung noch eine Verdichtung der Fasern 20
im Einflußbereich der Bonding-Zone 26 erfolgt.
In Fig. 3 ist schematisch das Eintauchen oder Einrollen eines
Bonding-Stumpfes 50 in die Schichten 12, 14 des Verbundmate
rials 10 und das Auftauchen oder Ausrollen aus der Bonding-
Zone 26 dargestellt. Hierbei sind einzelne Phasen des Eintau
chens bzw. des Auftauchens durch in Strichlinien angedeutete
Bonding-Stümpfe 50a bis 50d dargestellt, mit denen verschie
dene Situationen des Bonding-Stumpfes 50 während seiner Dre
hung illustrieren. Mit dem Bonding-Stumpf 50a ist der Beginn
des Eintauchens, mit dem Bonding-Stumpf 50d ist das Ende der
Tauchphase und damit das Ende des Thermobondierens darge
stellt, entsprechend der durch den Pfeil C angedeuteten Dreh
richtung der Bonding-Walze 40.
Zu erkennen ist hier vor allem, daß durch die kantenlose, re
lativ große Prägefläche 52, welche eine relativ große Ober
fläche besitzt, des Bonding-Stumpfes 50 in keiner Phase die
Gefahr besteht, daß einzelne Fasern des Vlieses 16 außerhalb
des Bonding-Zentrums 36 abgeschnitten, gequetscht oder ver
schweißt werden könnten. Denn durch die Geometrie der Präge
fläche 52 kann dieser Gefahr wirksam begegnet werden.
Ferner ist in Fig. 3 verdeutlicht, daß zu keinem Zeitpunkt
die Gefahr besteht, daß irgendein Teilbereich der Prägefläche
52 die Membran 24 verletzen könnte. Diese Gefahr bestünde,
wenn die Prägefläche 52 an irgendeiner Stelle eine scharfe
Kante aufweisen würde.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen Verbundmaterials 10 in perspektivischer Ansicht
in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Bei diesem ist die
zweite Schicht 14 eine gummielastische Folie 54.
In diesem in Fig. 4 dargestellten Teilstück eines Verbundma
terials 10 ist ein Schnitt längs durch die Bonding-Zone 26
geführt. Zu erkennen ist hier vor allem, daß die eigentliche
Thermobondierung nur im Bonding-Zentrum 36 - welches gleich
zeitig den Bodenbereich 30 der Bonding-Zone bildet - stattge
funden hat, während in den Seitenbereichen 32, 34 die Fasern
20 lediglich umorientiert, aber nicht verschweißt oder ver
dichtet sind.
Das Material der gummielastischen Folie 54 hat sich im Be
reich des Bonding-Zentrums 36 kraft- und formschlüssig mit
dem Material des Vlieses 16 verbunden; das Thermobondieren
hat aber nicht zu einem Durchbrennen oder zu einem Schmelze
bruch des Materials der gummielastischen Folie geführt.
In Fig. 5 ist in stark vergrößertem Maßstab die Bonding-Zone
26 des Verbundmaterials 10 aus Fig. 1 dargestellt. Insbeson
dere ist in Fig. 5 das Verhältnis von Eintauchtiefe des in
Fig. 5 nicht dargestellten Bonding-Stumpfes 50 im Verhältnis
zur durch das Bonding-Zentrum 36 wirksamen Bonding-
Prägefläche dargestellt. Hierbei ist die Eintauchtiefe durch
die Pfeile D, E angedeutet; der Pfeil E markiert die ur
sprüngliche Oberfläche 56 der zweiten Schicht 14 vor dem Ein
tauchen des Bonding-Stumpfes 50, der Pfeil D markiert eine
Stelle der Bonding-Zone 36, welche der Unterseite 58 der
zweiten Schicht 14 nach erfolgtem Eintauchen des Bonding-
Stumpfes am nächsten ist.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen Verbundmaterials 10 in perspektivischer Ansicht
in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Im Gegensatz zu
den Ausführungsbeispielen eines Verbundmaterials 10 gemäß den
Fig. 1-5 weist das Verbundmaterial 10 gemäß Fig. 6 keine
Bonding-Zone 26 in Form einer Mulde 28, sondern eine Bonding-
Zone 26 in Form von zwei Rinnen oder Sicken 66, 68 auf. Diese
Sicken 66, 68 weisen jeweils einen Bodenbereich 70 und Sei
tenbereiche 72, 74 auf. Der Bodenbereich 70 bildet dabei das
eigentliche Bonding-Zentrum 76.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich wenigstens
die Sicke 68 von einer Seitenkante 64 zu einer zweiten Sei
tenkante 62 des Verbundmaterials 10.
Die sich kreuzenden Sicken 66, 68 weisen einen Kreuzungsbe
reich 60 auf, welcher - ebenso wie die Sicken 66, 68 quer zu
ihrem Verlauf - völlig kantenlos ist.
Bei einem Verbundmaterial 10 mit einer Vielzahl sich kreuzen
der Sicken 66, 68 wird dem Verbundmaterial 10 eine gitter-
oder netzartige dreidimensionale Struktur verliehen, wobei
die Partien des Verbundmaterials 10 zwischen den Sicken 66,
68 als kissenartige Strukturen 78 in Erscheinung treten.
Claims (27)
1. Mehrschichtiges Verbundmaterial (10) aus wenigstens zwei
Schichten (12, 14) aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei
wenigstens eine erste Schicht (12) ein Vlies (16) aus ther
moplastischen Fasern (20) ist, wobei die Schichten (12, 14)
mindestens durch Thermobondierung an Bonding-Zonen (26) mit
einander verbunden sind, wobei im Bereich der Bonding-Zonen
(26) die Materialien der Schichten (12, 14) zumindest teil
weise miteinander verschmolzen sind und wobei die Bonding-
Zonen (26) dem Verbundmaterial (10) eine dreidimensionale
Struktur verleihen, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidi
mensionale Struktur wenigstens einer Bonding-Zone (26) im
Quer- und Längsschnitt die Form einer kurvenförmig ausgebil
deten kantenlosen Mulde (28) aufweist, welche durch einen ein
Bonding-Zentrum (36) bildenden Bodenbereich (30) sowie durch
sich übergangslos anschließende Seitenbereiche (32, 34) ge
bildet ist, wobei die Schichten (12, 14) ausschließlich im
Bereich des Bodenbereichs (30) der Mulde (28) miteinander
thermobondiert sind.
2. Mehrschichtiges Verbundmaterial (10) aus wenigstens zwei
Schichten (12, 14) aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei
wenigstens eine erste Schicht (12) ein Vlies (16) aus ther
moplastischen Fasern (20) ist, wobei die Schichten (12, 14)
mindestens durch Thermobondierung an Bonding-Zonen (26) mit
einander verbunden sind, wobei im Bereich der Bonding-Zonen
(26) die Materialien der Schichten (12, 14) zumindest teil
weise miteinander verschmolzen, sind und wobei die Bonding-
Zonen (26) dem Verbundmaterial (10) eine dreidimensionale
Struktur verleihen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bonding-
Zone (26) durch wenigstens eine Sicke (66; 68) gebildet ist,
welche quer zu ihrem Verlauf kurvenförmig und kantenlos aus
gebildet ist, wobei die Sicke (66; 68) durch einen ein Bon
ding-Zentrum (76) bildenden Bodenbereich (70), sowie durch
sich übergangslos anschließende Seitenbereiche (72, 74) aus
gebildet ist, wobei die Schichten (12, 14) ausschließlich im
Bereich des Bodenbereichs (70) der Sicke (66; 68) miteinander
thermobondiert sind.
3. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Sicke (66; 68) von einer ersten
Seitenkante (64) des Verbundmaterials (10) bis zu einer zwei
ten Seitenkante (62) des Verbundmaterials (10) erstreckt.
4. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial mit wenig
stens zwei Sicken (66; 68) versehen ist, welche jeweils einen
gemeinsamen kantenlosen Kreuzungsbereich (60) aufweisen.
5. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sicken (66; 68) dem
Verbundmaterial eine gitterartige Struktur verleihen.
6. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des Bonding-Zentrums
(36) in die zweite Schicht (14) 5-50% der Ausgangsdicke
der zweite Schicht (14) beträgt.
7. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Eintauchtiefe
von 20 µm eines Bonding-Stumpfes (50) in die zweite Schicht
(14) die Prägefläche des Bonding-Zentrums (36) 20-25% der
Fläche der Bonding-Zone (26) entspricht.
8. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach einem der Ansprüche
1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies (16) ein Spinn
faservlies mit Fasern (20) aus PP, PE, PU, PA, PL, einem Co
polymer, oder aus deren Homologen, Isomeren, sowie aus Gemi
schen dieser Rohstoffe ist.
9. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach einem der Ansprüche
1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (14)
ein Flächengewicht von 1-50 g/m2 aufweist.
10. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (14) ein Flächenge
wicht von 3-8 g/m2 aufweist.
11. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (14)
eine flüssigkeitsdichte und gasdurchlässige Membran (24) ist.
12. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 11,
durch gekennzeichnet, daß die Membran (24) eine Kunststoffo
lie ist.
13. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 12,
durch gekennzeichnet, daß die Membran (24) mikroporös ist.
14. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 11 oder
13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (24) eine Faser
membran ist.
15. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach einem der Ansprüche
1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (14)
eine gummielastische Folie (54) ist.
16. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 15, da
durch gekennzeichnet, daß die gummielastische Folie (54) was
serdicht ist.
17. Mehrschichtiges Verbundmaterial nach Anspruch 16, da
durch gekennzeichnet, daß die gummielastische Folie (54) was
serdampfdurchlässig ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbund
materials (10) aus wenigstens zwei Schichten (12, 14) aus
thermoplastischen Kunststoffen, wobei wenigstens eine erste
Schicht (12) ein Vlies (16) aus thermoplastischen Fasern (20)
ist, wobei die Schichten (12, 14) mindestens durch Thermobon
dierung mittels einer Walzenanordnung (38) an Bonding-Zonen
(26) miteinander verbunden werden, wobei im Bereich der Bon
ding-Zonen (26) die Materialien der Schichten (12, 14) zumin
dest teilweise miteinander verschmolzen werden und wobei
durch die Bonding-Zonen (26) dem Verbundmaterial (10) eine
dreidimensionale Struktur verliehen wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß beim Thermobondieren in einem Walzendruckspalt
(48) der Walzenanordnung (38) die Bonding-Zone (26) jeweils
dadurch erzeugt wird, daß jeweils ein kantenloser Bonding-
Stumpf (50) wenigstens einer Bonding-Walze (40) in beide
Schichten (12, 14) mit kontinuierlicher Kraftübertragung über
die Längsachsen der im Einflußbereich der Bonding-Zone (26)
befindlichen Fasern (20) eingerollt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Thermobondieren die Liniendruckparameter variiert wer
den.
20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich
net, daß während des Thermobondierens die Temperatur der Bon
ding-Walze (40) variiert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-20, dadurch ge
kennzeichnet, daß für das Thermobondieren ein Druck gewählt
wird, welcher einem Liniendruckverlauf im Walzendruckspalt
(48) von 5 dN/cm bis 150 dN/cm Spaltbreite entspricht.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-21, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bonding-Walze (40) Bonding-Stümpfe (50)
mit kantenlosen Prägeflächen (52) aufweist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-22, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Bonding-Stümpfe (50)
5 bis 80% der Ausgangsdicke des Verbundmaterials (10) be
trägt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-23, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Verfahren mit einer Walzenanordnung
(38), bestehend aus einer Bonding-Walze (40) und einer planen
Gegenwalze (42), durchgeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-23, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Verfahren mit einer Walzenanordnung
(38), bestehend aus zwei kongruenten Bonding-Walzen (40)
durchgeführt wird, wobei die Bonding-Walzen (40) jeweils an
ihren Mantelflächen (44) mit Bonding-Stümpfen (50) mit kan
tenlosen Prägeflächen (52) versehen sind.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-23, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Verfahren mit einer Bonding-Walze (40)
und einer im Abstand zur Mantelfläche (44) der Bonding-Walze
(40) angeordneten Ultraschall-Schweißquelle ausgeführt wird,
wobei die Bonding-Walze (40) an ihrer Mantelfläche (44) mit
Bonding-Stümpfen (50) mit kantenlosen Prägeflächen (52) ver
sehen ist.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18-26, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schichten (12, 14) des Verbundmaterials
(10) im Bereich der Bonding-Zonen (26) zusätzlich zum Thermo
bondieren miteinander verklebt werden.
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