DE2019163B2 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Faserverbundstoffes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Faserverbundstoffes, bei dem innere Schichten, von denen wenigstens zwei aus zu Netzwerken fibrillierten thermoplastischen Spaltfaserfolien bestehen, aufeinandergelegt und mit äußeren Deckschichten verbunden werden.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher Faserverbundstoffe bekannt. So hat man (DT-AS 11 49 325) ein mit Aussparungen versehenes textilartiges Flächengebilde hergestellt, dessen Schichten aus je einer zu einem Netzwerk fibrillierten Spaltfaserfolie bestanden, deren Hauptfäden in einer Richtung orientiert und durch Nebenfäden miteinander verbunden waren. Mehrere derartige Folien hat man aufeinandergelegt, vorzugsweise winklig zueinander, und durch Klebemittel oder durch Warmschweißen miteinander verbunden. Das auf diese Weise hergestellte Flächengebildc stellte ein mehr oder weniger luftiges oder poröses Material dar, das jedoch wegen der rauhen Oberfläche nicht als Stoff für Kleidung, Leib- und Bettwäsche u. dgl. geeignet war.

Man hat auch schon (CH-PS 4 21 037) ein stoff-

artiges Flächengebilde hergestellt, das aus einer dünnen Lage eines Parallel- oder Wirrfaserflores bestand, die zwischen zwei Decklagen aus Papierstoff angeordnet war. Die einzelnen Lagen wurden mit einem Klebstoff imprägniert und unter Erwärmung durch Kalandern verbunden. Wenn das dabei erzeugte Produkt infolge der Oberflächenbeschaflcnheit auch hautfreundlich und dadurch für die obengenannten Zwecke geeignet war, so zeigte es, da die einzelnen Fasern der Inncnlage nicht untereinander verbunden waren, nur eine geringe Festigkeit, hatte nur eine kurze Gebrauchsdauer.

Fibrillierte thermoplastische Folien als Verstärkungsschicht zwischen zwei Deckschichten hat man auch schon verwendet. Nach der BE-PS 7 0! 706 bestanden bei einem derartig aufgebauten Verbundstoff die beiden Deckschichten ebenfalls aus einem thermoplastischen Material, so daß sich-der Verbundstoff trotz seiner größeren Festigkeit nicht zur Anfertigung von Kleidungs- und Wäschestücken eignete.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung eines mehrschichtigen Faserverbundstoffes, bei dem innere Verstärkungsschichten aus fibrillierten Spaltfaserfolien bestehen, diese holien derart anzuordnen und so zu behandeln, daß ihre Eigenschaften, insbesondere ihre Festigkeit, mit den entsprechenden Eigenschaften der Deckschichten, die aus einem anderen Material, besonders aus Cellulosefasern bestehen, in einer dem Gebrauchszweck "angepaßten Weise abgestimmt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen, daß die aufgespaltenen Folien bei einem Titer der Hauptfäden zwischen 1 und 500 den bis zu einem solchen Ausmaß gereckt werden, daß ihre Reißdehnung im Bereich der Reißdehnung der Deckschichten aus Cellulosefasern liegt, wobei Werte zwischen 5 und 3O°/o eingestellt werden, daß mindestens zwei derartige Folien unter Winkellage ihrer Hauptorientierungsrichtungen aufeinandergelegt werden, wobei eine der Folien oder eine andere Innenschicht aus einem thermoplastischen Material mit niedrigerem Schmelzpunkt besteht als dem der übrigen Schichten, und daß unter Erwärmung bis zum Schmelzbereich der niedriger schmelzenden Schicht die Verbindung aller Schichten durch Hindurchführung des Verbundstoffes durch einen Kalanderspalt erfolgt. -

Durch das Zusammenwirken der angeführten Verfahrensschritte wird ein Verbundstoff erzielt, der alle Eigenschaften aufweist, die bei der Verarbeitung zu Kleidungs- und Wäschestücken erforderlich sind. Während die Oberfläche die erwünschte Hautverträglichkeit zeigt, sorgen die Verstärkungsschichten aus Spaltfolien für die guten Dehnungs- und Festigkeitseigenschaften. Neben der längeren Lebensdauer weist der Stoff auch genügend Biegsamkeit auf. Die Anpassung der beim Herstellungsverfahren vorgenommenen Dehnung der Verstärkungsschichten an diejenige der Deckschichten ist besonders vorteilhaft, da dadurch erreicht wird, daß die Deckschichten aus Cellulosematerial noch unbeschädigt bleiben, wenn die Verstärkungsschichten bis zur Grenze ihrer Reißfestigkeit beansprucht werden.

In Verbindung mii der Zeichnung wird das Wesen der Erfindung näher erläutert: *

Die Figur zeigt da; Schichtprodukt oder den Faserverbundstoff gemäJ der Erfindung in auseinander-

pierungs- und Festigkeitseigenschaften hergestellt ist. Es wurde gefunden, daß beispielsweise Polyäthylen und Polypropylen zu sehr zufriedenen Ergebnissen führen. Polyvinylalkohol kann verwendet werden, wenn ein Produkt wie Windeln hergestellt werden soll, da dieses Material wasserdispersibel gemacht werden kann.

Der Titer der einzelnen Hauptfäden 9 des Folienbandes kann 1 bis 500 den betragen. Diese Fäden ίο und auch die Sekundärfäden haben einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Durch die Fibrillenstruktur und die Querschnittsform werden überraschende Verbesserungen im Gebrauch des Schichtproduktes erzielt. Vorzugsweise ist der Querschnitt

genommener Form mit einem Paar fibrillierten plastischen Spaltfaserfolien.

Das Schichtprodukt 1 hat eine zentral angeordnete Schicht 3, die aus einem Paar fibrillierten Folien oder Bahnen 5 und 7 aus synthetischem plastischem Material besteht. Jede der Bahnen 5 und 7 hat eine Idehrzahl von im wesentlichen parallel angeordneten Hauptfäden bzw. Hauptfasem 9, die untereinander unter Bildung von Zwischenräumen 11 entlang ihrer Längsrichtung entweder direkt oder durch sekundäre⁰ Fäden bzw. Fasern verbunden sind. Diese sekundären Fäden besitzen normalerweise den gleichen oder kleineren Titer wie die Hauptfäden 9.

Die Punkte oder Stellen 11, an denen die Fäden mit- , . _o --- —

einander verbunden sind, können gleichmäßig oder 15 rechteckig mit einem hohen Verhältnis der Breite willkürlich verteilt sein, was von der Herstellungs- zur Dicke. Infolgedessen liegen die Fäden flach in art derartiger fibrillierter Folien abhängt. So können der Ebene des Schichtprodukts, steigern so seine diese Zwischenbedingungen für manche Folien weit Flexibilität und führen zu einer glatteren Textur. Für gelagert, für andere zahlreicher sein. Im allgemei- feinere Erzeugnisse soll die Dicke so niedrig wie nen bilden jedoch diese Folien ein maschenartiges Ge- 20 möglich in Übereinstimmung mit den anderen Eigenbilde aus fest miteinander verbundenen Fäden oder schäften des Produkts sein.

_FaSern. Die «brillierte Folie muß orientiert werden, um

Bei der Anordnung nach der Figur hat die eine endgültige Dehnung zu besitzen, die im wesent-Schicht3 zwei Verstärkerschichten 5 und 7, wobei liehen der der Papierbahn angepaßt ist, mit der sie die Hauptfäden der Bahn 5 im wesentlichen im rech- 25 geschichtet wird. Diese Dehnung der fibnllierten ten Winkel zu den Hauptfäden der anderen Bahn 7 Folie liegt im Bereich von 5 bis 30⁰Zo. Diese Anliegen, um eine gleichmäßige Verstärkung sowohl passung ist sehr wichtig, damit das Cellulosebasisin Längs- als auch in Querrichtung des Schichtpro- material relativ intakt bleibt, wenn man sich der dukts zu gewährleisten. Die Bahnen 5 und 7 können Grenze der Reißfestigkeit der Verstarkungsscnicnt klebend miteinander verbunden sein, vorzugsweise an 3° nähert.

den Zwischenräumen, um eine einheitliche Verstär- Das Basisgewicht bzw. Gewicht pro Flachenein-

kerschicht 3 zu bilden, bevor die Cellulosebahnen 15 heit jeder Verstärkerschicht hängt von der erforder- und 17 mit dieser verbunden werden. liehen Zug- und Reißfestigkeit der verwendeten

Jede Anzahl der Verstärkerbahnen kann zwischen fibrillierten Folie ab. Es kann nach folgender frormel den zwei Celluloseschichten angeordnet werden. Je- 35 bestimmt werden:

doch wird normalerweise die Zahl der Bahnen nicht ^

über 3 liegen, wenn ein textilähnliches Produkt hergestellt werden soll. Dementsprechend können auch

je nach Bedarf mehr als zwei Celluloseschichten ver- . . ,

wendet werden, jedoch ist dies normalerweise nicht 40 wobei T die gewünschte Zugfestigkeit m g/cm und JJer _Fall t die Reißfestigkeit der fibnllierten Folie in Gramm/

Außerdem können bei Verwendung eines Paares Denier (gpd) bedeuten. Es wird durch Ausbreiten von Verstärkerschichten 5 und 7 diese sich in einem der fibrillierten Folie eingestet Winkel von 45° zu den Längsachsen der Papierbah- Die Reißfestigke.t (Tenazitat) der fibnllierten Folie

nen erstrecken, was besser ist, als daß eine Schicht 45 wurde wie folgt bestimmt: Von einem abgeschmevöllig parallel und die andere völlig im rechten Win- nen Muster der Folie wurde die endgültige Zugtestig- - - keit (tensile strength) in Faserrichtung in kg be

stimmt. Das Muster wurde gewogen und das erforderliche Gewicht für ein Muster von 9000 Meter Länge kalkuliert. Dieses Gewicht wurde durch die Zugfestigkeit geteilt, um die Reißfestigkeit des Films festzustellen.

Vorzugsweise wird eine Folie verwendet, die aus isotaktischem Polypropylen hergestellt ist und eine

gerecktem (orientiertem) plastischen Material be- 55 möglichst hohe Reißfestigkeit von. «o/m^eise 3 Lht, wobei die Längsachsen der Streifen in einem bis 4 g pro den hat und eine Bruchdehnung von Winkel, vorzugsweise von 90°, zu den Hauptfäden 7 bis 30 «/0, vorzugsweise bis zu 9Vo, wobei die der fibrillierten Folie liegen. Jedoch sind auch Win- Hauptfäden einen ritei von 75 den haben kel von 45° vorgesehen. Beispielsweise kann ein Bei den derzeitig üblichen Verfahren zurHerste -

Schichtprodukt hergestellt werden, bei dem eine 60 lung von fibrillierten Folien haben_ diese, mit Hauptfibrillierte Folie verwendet wird, die sich in Längs- faden von niedrigem Ti er im auge meinen auch eine

niedrigere Reißfestigkeit. Jedoch ist anzunehmen, daß diese Schwierigkeit von den Folienherstellern überwunden werden kann. Wenn auch eine PoIyäthylenfolie mit niedrige:- Titer höherwertige Handhabungscigenschaften hat, wird ein festeres und preiswerteres Schichtprodukt erzielt, wenn Polypropylen von höherer Reißfestigkeit und größerem Titer ver-

Basis-Gewicht (g/m²) = 0,303 —,

kel zu den Längsachsen der Papierbahnen verläuft. Auf diese Weise verlaufen die Hauptfäden der Schichten 5 und 7 bei 90° zueinander und 45° zu den Längsachsen der Cellulosebahnen.

Für manche Zwecke kann es auch erwünscht sein, eine der Schichten 5 oder 7 zu ersetzen oder eine Sonderschicht anzuordnen, die aus mit Absiand voneinander liegenden Streifen oder Bändern aus stark

richtung der Bahn erstreckt, mit zwei Schichten von Streifen, die im Winkel von 45° zu den Hauptfäden der fibrillierten Folie und den Achsen der Bahn verlaufen und damit im Winkel von 90° zueinander.

Die zentrale Verstärkerschicht 5 bzw. 7 besteht aus einer fibrillierten Folie, die aus einem geeigneten fibrillierbaren Polymer mit den erforderlichen Dra-

wendet wird und einige der Handhabungseigenschaften dafür entfallen.

Bei der Herstellung des Schichtprodukts spielt die Flexibilität eine große Rolle. Mit der Strahlenablenkungsanalyse kann gezeigt werden, daß die Flexibilität umgekehrt proportional dem Kubus der Dicke ist und daher schon ein kleiner Abfall in der Dicke zu einer beträchtlichen Steigerung der Flexibilität führt. Die Dicke soll daher möglichst niedrig gehalten werden. Es ist auch offensichtlich, daß eine größte Flexibilität erreicht wird, wenn der Modulus und die Weite der einzelnen Fäden niedrig gehalten wird. Jedoch ist dies nicht zweckmäßig, da auch eine bestimmte Festigkeit erforderlich ist, was einen Faden mit höherer Reißfestigkeit voraussetzt. Es muß daher ein Ausgleich gewählt werden. Infolge des rechteckigen Querschnitts der einzelnen Hauptfäden ist die Dicke durch die Folie festgelegt, die Breite der Hauptfäden bestimmt ihren Titer.

Ein besonderes Verfahren zur Befestigung der fibrillierten Folien aneinander und an die Papierbahnen besteht in der Verwendung einer Flammenbeüdiichtung, bei dem die Oberfläche der Folie durch direkten Kontakt mit der Flamme erhitzt wird und die Folien und Papierbahnen in direkten Kontakt gebracht werden. Dabei ist zu beachten, daß nur die Oberfläche der fibrillierten Folie bis zum Schmelzpunkt gebracht wird, beispielsweise durch Beschränkung der Flamme bei hoher Geschwindigkeit auf den Kalanderspalt, um zu verhindern, daß die Masse der Folie die Temperatur erreicht, bei der sie gestreckt und getempert wird, in welchem Falle eine starke Schrumpfung auftritt. Auf diese Weise tritt die Hitze nicht tief in die Folie ein, so daß die Orientierung der Folie nicht wesentlich verringert und ein Produkt mit den gewünschten Eigenschaften erhalten wird.

In manchen Fällen jedoch kann die im obigen erwähnte latente Schrumpfung verwendet werden, um besondere Effekte zu erreichen. Beispielsweise führt ein kontrolliertes Erhitzen des fertiggestellten Schichtprodukts unter erniedrigter Spannung zu einem gleichmäßigen Schrumpfen, das dem Produkt eine ansehnlichere Textur und mehr textilartiges Aussehen verleiht. In diesen Fällen liegt die Schrumpfung nicht über 10⁰Zo, vorzugsweise bei etwa 5 und 2°o.

Wie schon erwähnt, kann die zentrale Verstärkerschicht aus zwei oder mehreren fibriiücrien Bahnen bestehen. Die Verstärkerbahnen können entweder vorher miteinander verbunden werden oder erst an die Celluloseschichten befestigt und dann miteinander verbunden werden.

Je nach Art und Anzahl der inneren Schichten kann die Verbindung aller Schichten des Faserverbundstoffes auf verschiedene Weise vorgenommen werden. So können als Innenschichten zwei Folien verwendet werden, von denen die eine einen niedrigeren Erweichungspunkt als die andere hat. Beim Zusammenpressen wird erhitzt, so daß die Folie mit dem niedrigeren Schmelzpunkt erweicht. Sie wirkt dann als Schweißmittel und bindet dadurch die Folie mit höherem Schmelzpunkt an die Papierschichten und/oder an eine andere Schicht mit höherem Schmelzpunkt. Beispielsweise kann eine fibrillierte Folie aus Polyäthylen als Schmelzschicht und eine

ίο fibrillierte Folie aus Polypropylen als Verstärkerschicht verwendet und das Schichtprodukt auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des Polyäthylens zur Erweichung desselben erhitzt werden. Dabei drückt sich das Polyäthylen durch die Löcher in der Polypropylenfolie und bindet diese an die Papierbahn. Falls erwünscht, kann eine Polyäthylenschicht zwischen einem Paar Polypropylenschichten zur Bildung der Verstärkerschicht verwendet werden, oder es kann eine Polypropylenschicht mit einer einzelnen Polyäthylenschicht oder mit zwei Polyäthylen-Echichten auf gegenüberliegenden Seiten oder eine Kombination derselben verwendet werden.

Die als Schmelzschicht dienende Polyäthylenschicht ist vorzugsweise fibrilliert, so daß ihre Dicke den Erfordernissen angepaßt werden kann. Die Hauptfäden werden auseinandergespreizt, um das Bindemittel im Schichtprodukt gleichmäßiger zu verteilen, wobei ein Bindemittelfilm der erforderlichen Dicke erzeugt wird, um durch die Zwischenräume zwischen den Fäden der Polypropylen folie hindurchzudringen und die Folien und die Papierbahnen miteinander zu verbinden.

In manchen Fällen kann ein festes Blatt aus Polyäthylen verwendet werden. Jedoch führt dies im allgemeinen zu Materialverlusten und zu einem Schichtprodukt von erhöhter Steifheit. Ebenso kann ein perforiertes Blatt aus Polyäthylen verwendet werden, aber auch dieses führt im allgemeinen zu erhöhter Steifheit und einem zu hohen Verbrauch an Klcbmittel. Bei einem wie oben beschriebenen Zweikomponenlenfilm wird daher vorzugsweise eine fibrillierte Folie als bindende Schicht verwendet.

Bei Verwendung zweier Folien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ist sicherzustellen, daß die tragende Folie (im obigen Beispiel Polypropylen) nicht übermäßig schrumpft. Vorzugsweise wird diese Folie vor der Schichtung auf die Schichtungstemperatur angewärmt.

Das erfindungsgcmäß hergestellte Schichtprodukt

ist besonders geeignet zur Verwendung bei der Herstellung von ungcwebtem Textilmaterial wie Betttücher, Handtücher, Wischlappen, Bettzeug, Werkskleidung u. dgl. Da das Produkt insbesondere gute physikalische Eigenschaften bezüglich Festigkeit,

Griff und Textur aufweist, ist es für die genannten Zwecke besonders geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

20 19 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigeii Faserverbundstoffes, wobei innere Schichten, von denen wenigstens zwei aus zu Netzwerken fibrillierlen thermoplastischen Spaltfaserfolien bestehen, aufeinandergelegt und mit äußeren Deckschichten verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespaltenen Folien bei einem Titer der Hauptfäden zwischen 1 und 500 den bis zu einem solchen Ausmaß gereckt werden, daß ihre Reißdehnung im Bereich der Reißdehnung der Deckschichten aus Cellulosefasern liegt, wobei Werte zwischen 5 und 3O^u/o eingestellt werden, daß mindestens zwei derartige Folien unter Winkellage ihrer Hauptorientierungsrichtungen aufeinandergelegt werden, wobei eine der Foliea oder eine andere Innenschicht aus einem thermoplastischen Material mit niedrigerem Schmelzpunkt besteht als dem der übrigen Schichten, und daß unter Erwärmung bis zum Schmelzbereich der niedriger schmelzenden Schicht die Verbindung aller Schichten durch Hindurchführung des Verbundstoffes durch einen Kalanderspalt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen der Schichten kurz vor dem Kalandrieren in unmittelbarem Kontakt mit einer Flamme erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosedeckschichten und die thermoplastischen Spaltfolien über die Anwärmetemperatur, wie sie bei der Herstellung der Folien angewendet wird, bis zur Erzielung einer latenten Schrumpfung erhitzt werden.