DE2120646A1

DE2120646A1 - Verfahren zum Einprägen von Oberflächenmustern

Info

Publication number: DE2120646A1
Application number: DE19712120646
Authority: DE
Inventors: Reuben Lexington Mass. Wisotzky (V.St.A.)
Original assignee: Pandel Inc., Lowell, Mass. (V.St. A.)
Priority date: 1970-04-27
Filing date: 1971-04-27
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2086395B3; CA944117A; US3574020A; GB1291544A; FR2086395A3; BE766372A

Description

Thermoplastische Folien und mit Thermoplasten beschichtete bahnförmige Stoffe werden häufig geprägt, indem man zunächst die Oberfläche des Materials erwärmt und das erweichte Material anschließend zwischen einer Gummiandruckwalze und einer Metallprägewalze hindurchschickt, wobei die Prägewalze ein eingraviertes Oberflächenmuster aufweist, welches in die weiche Oberfläche des Thermoplasten eingeprägt werden soll. Ein derartiges Prägeverfahren für bahnförmige Materialien ist in der USA-Patentschrift 3 024 154 beschrieben; hierbei handelt es sich um eine Arbeitsweise und eine Vorrichtung zum Prägen eines dünnen Materials, das auf eine dickere thermoplastische Bahn aufgelegt ist, wobei letztere als Wärmequelle dient. Nach dem Prägen werden die Schichten getrennt, so daß man ein geprägtes dünnes Material und ein geprägtes dickes thermoplastisches Ma-

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terial erhält. Eine der Schwierigkeiten dieses Verfahrens, welche auch bei vielen anderen Prägeverfahren auftritt, besteht darin, daß Änderungen des Musters nur dadurch erreicht werden können, daß man die Prägewalze durch eine neue Prägewalze ersetzt, was selbstverständlich zu einem Produktionsausfall führt und darüber hinaus zusätzliche Investitionen für verschiedene Prägewalzen erfordert. Es wäre deshalb in " hohem Maße wünschenswert, eine Arbeitsweise zu besitzen, mit deren Hilfe unter Verwendung einer einzigen Prägewalze thermoplastische Folien oder thermoplasthaitige Bahnen mit unterschiedlichen Mustern geprägt werden können.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl voneinander abweichender und unterschiedlicher Prägemuster in der Oberfläche von bahnförmigen, mit einem Thermoplasten beschichteten Materialien, z.B. einem mit einem Vinyl- | harz beschichteten Stoff, wobei eine einzige Prägefläche Verwendung findet. Gegenstand der Erfindung sind ferner die auf diese Weise erhaltenen geprägten Produkte.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einprägen von Oberflächenmustern in die Oberfläche eines bahnförmigen thermoplastischen Materials unter Verwendung eines einzigen Prägemusters ist

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dadurch gekennzeichnet, daß man a) zwischen die zu prägende Oberfläche des bahnförmigen thermoplastischen Materials und die Prägefläche, vorzugsweise eine Prägewalze, eine dünne Bahn aus einem Material einlegt, das einen anderen Elastizitätsmodul als das zu prägende Material aufweist, b) das bahnförmige thermoplastische Material der Prägung unterwirft, und c) die Spannung der zwischengelegten Bahn während des Prägeschrittes so steuert, daß das Prägemuster auf der Oberfläche des geprägten bahnförmigen thermoplastischen Materials variiert wird. Die Erfindung beruht darauf, daß überraschend und vollkommen unerwartet gefunden wurde, daß eine natürlich aussehende und abwechslungsreiche Prägung erhalten wird, wenn man nur eine einzige Prägefläche, wie z.B. eine Metallplatte oder -walze verwendet, wenn man dabei die Spannung der zwischengelegten Bahn variiert und entsprechend steuert.

Im allgemeinen finden Zwischenlagematerialien zwischen einer Walze und einer thermoplastischen Folie Verwendung, um der thermoplastischen Folie eine hochglänzende Oberfläche zu verleihen oder um das zwischengelegte Material selbst so zu prägen, daß es die Konturen der Prägefläche einer Prägev/alze annimmt. Es wurde jedoch gefunden, daß man durch Steuern der Spannung des zwischengelegten Materials, beispielsweise mit Hilfe

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einer Bremsvorrichtung an der Abwickelachse des zwischengelegten Materials, d.h. durch Ausüben einer Kraft in Laufrichtung, der Prägevorrichtung erreichen kann, daß das zu prägende thermoplastische Material daran gehindert wird, mit der Prägefläche vollständig in Berührung zu kommen. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Muster mit Hilfe der Fläche einer einzigen Prägewalze erreichen, abhängig von dem Ausmaß der Dehnung oder Spannung des zwischengelegten Materials. Dieses Verfahren ist besonders wertvoll zur Bearbeitung von vinylharzbeschichteten Stoffen mit oder ohne Zellstruktur, welche später für die verschiedensten Einsatzzwecke brauchbar sind, z.B. zur Herstellung von Schuhen, Stiefeln, Handtaschen, Jacken, Polsterstoffen oder Tapeten.

Gemäß einer Ausführungsform läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung einer Bandbremse an der Abwickelachse für das zwischengelegte Material durchführen, welches der Prägewalze zugeführt wird. Die Verwendung der Bremse verhindert das freie oder ungesteuerte Abwickeln des Materials und stellt eine regelbare Spannung in Laufrichtung sicher, wenn das Zwischenlagematerial in den Berührungsspalt zwischen einer oder mehreren Metallprägewalzen und Gummiandruckwalzen eingeführt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die gesteuerte Spannung in

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Querrichtung, d.h. quer zur Laufrichtung der Maschine, an dem Material angreifen, das in den Spalt zwischen der Prägewalze und der Gummiandruckwalze eintritt. Weiterhin läßt sich eine geregelte Spannung sowohl in Laufrichtung der Vorrichtung als auch quer dazu kombiniert anwenden, um einzigartige Muster von der gleichen Prägefläche zu erhalten, ohne daß die Prägewalze ausgebaut und ersetzt werden muß.

Im Rahmen der Erfindung können herkömmliche Vorrichtungen Verwendung finden, z.B. die in der USA-Patentschrift 3 024 154 angegebene Vorrichtung; der Hinweis auf diese Vorrichtung, insbesondere die in Fig. 1 der Patentschrift dargestellte, mag an dieser Stelle eine in die Details gehende Beschreibung ersetzen. Das erfindungsxemäße Verfahren besteht demgemäß aus den folgenden Schritten: Erhitzen eines bahnförmigen thermoplastischen Materials, z.B. eines mit einem Vinylharz beschichteten Stoffes, auf eine zur Erweichung der Oberfläche für die Prägung erforderliche Temperatur; Zwischenlegen eines Materials zwischen die erweichte oder prägbare Oberfläche des Kunstharzes und die Oberfläche einer Prägewalze, wobei das Zwischenlagematerial einen unterschiedlichen, z.B. einen höheren aber regelbaren Elastizitätsmodul aufweist, insbesondere eine durchsichtige Kunststofffolie; Anpressen der Oberfläche des Kunstharzes gegen die Präge-

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fläche; Steuern der Spannung des Zwischenlageraaterials zur Variierung des Prägeeffektes abhängig von der Spannung des zwischengelegten Materials, so daß ein bahnförmiges thermoplastisches Material erhalten wird, welches mit unterschiedlichen Mustern und Effekten geprägt ist, welche von der gleichen Prägewalze stammen.

Im Normalfall ist es erforderlich, die Oberfläche des bahnförmigen thermoplastischen Materials auf eine für die Prägung ausreichende Temperatur zu erwärmen. Unter bestimmten Umständen, z.B. bei Verwendung stark weichmacherhaltiger Harze oder bei Anwendung ausreichender Prägedrucke ist die Erhitzung nicht unbedingt erforderlich. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Vinylchloridharzen, z.B. Vinylchlorid/Vinylacetatcopolymeren oder Polyvinylchloridharzen, welche auf einen Textilwebstoff als Grundmaterial aufgebracht sind. Das Vinylharz kann ein weichgemachtes Vinylharz sein, welches gegebenenfalls durch Verwendung eines Blähmittels Zellstruktur besitzen kann. In manchen Fällen kann es darüber hinaus vorteilhaft sein, ein Zwischenlagematerial zu verwenden, das nicht nur zum Abwandeln des Prägemusters in dem thermoplastischen Material dient, sondern welches darüber hinaus eine mit dem thermoplastischen Material verbundene Oberschicht oder Beschichtung bildet und damit zu einem Teil des hergestellten Endproduktes wird, insbesondere wenn das Zwischenlagematerial lichtdurchlässig bzw. transparent

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und damit klar durchsichtig ist, so daß es als Schutzschicht für den geprägten Thermoplasten dienen kann. In solchen Fällen wird das Zwischenlagematerial von der geprägten Oberfläche nach dem Prägeschritt nicht abgestreift sondern bleibt mit dem Vinylharz verbunden. Wenn das Zwischenlagematerial einen Teil des Endproduktes bilden soll, dann muß es nicht die Fähigkeit besitzen, nicht an der erweichten thermoplastischen Oberfläche bei der Prägetemperatur zu haften sondern sollte sich im Gegenteil mit dieser verbinden; es sollte aufgrund der Verträglichkeit der Materialien miteinander oder aufgrund der Verwendung eines Klebmittels oder einer Beschichtung auf den einander zugekehrten Flächen einer oder beider Bahnen haften.

Als Zwischenlagematerialien sind Bahnen aus Synthesekautschuk oder Kunststoff besonders geeignet. Der genaue Mechanismus des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zwar nicht aufgeklärt und die Erfindung soll auch nicht aufgrund bestimmter Deutungsversuche beschränkt werden; es kann jedoch angenommen werden, daß die Aufrechterhaltung der Spannung die zu prägende Fläche daran hindert, mit der Prägefläche in innige Berührung zu gelangen, was bei einer nichtangetriebenen Prägewalze und einer angetriebenen Gummiandruckwalze zu einem gewissen Schlupf des Materials während der Prägung führt, so daß durch die Vereinigung dieser

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Parameter die neuartigen Oberflächeneffekte erzielt werden.

Das zwischengelegte Material sollte an der erweichten thermoplastischen Oberfläche bei der angewendeten Prägetemperatur nicht haften und es sollte im Normalfall etwa 1- bis 10-mal dünner sein als das bahnförmige thermoplastische Material, welches mit dem Prägemuster versehen werden soll. Gelegent- |. lieh ist es ferner wünschenswert, als Zwischenlagematerial ein klar durchsichtiges transparentes oder zumindest lichtdurchlässiges Material zu verwenden, damit die Bedienungskraft während des Herstellungsprozesses visuell die Prägung verfolgen und die Qualität des Produktes überwachen kann. Nach der Prägung bei bestimmten Temperaturen kann das Zwischenlagematerial abgezogen und mehrere Male wiederverwendet werden, oder es kann gewünschtenfalls leicht erwärmt werden, um die Spannungen in der Bahn zu beseitigen und zurückgebliebene Prägeeindrücke vor der erneuten Verwendung zu beseitigen. Demgemäß sollte das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findende Zwischenlagematerial nicht ein im wesentlichen nichtdehnbares Material mit sehr niedrigem Elastizitätsmodul, wie z.B. Glas oder Metall sein. Typische brauchbare Kunstharzmaterialien sind unter anderem Polyesterharze, wie Polyäthylenterephthalat, Vinylharzmaterialien, wie Styrolharze und Vinyl-

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chloridharze, z.B. Polyvinylchlorid, Zellophan, Olefinharze, wie Polyäthylen, Polypropylen und Äthylen/Propylencopolymere, Polyamide wie Nylon, Acrylharze, Fluorkohlenstoffe wie Teflon und andere. Die Auswahl eines bestimmten Zwischenlagematerials hängt selbstverständlich teilweise von den Eigenschaften des zu prägenden thermoplastischen Produktes und dem gewünschten Endprodukt ab.

Das prägbare thermoplastische Material kann irgendein thermoplastisches Harz oder ein Polymeres, z.B. ein Vinylharz, wie Vinylchloridharze, insbesondere Polyvinylchlorid, ein Styrolharz wie Polystyrol, ein Polyolefinharz wie Polyäthylen oder Polypropylen, ein Acrylharz, ein Urethanharz oder ein anderes thermoplastisches Harz sein, welches sich durch Anwendung von Wärme oder Druck oder beide verformen läßt. Normalerweise enthalten derartige Harze verschiedene Weichmacher, Stabilisierungsmittel, Pigmente, Füllstoffe, Blähmittel und andere Zusätze. Die Prägung kann bei einer zellförmigen oder nichtzellförmigen Bahn oder Oberfläche vorgenommen werden oder gewünschtenfalls kann die Prägung zunächst in eine nichtzellförmige Oberfläche erfolgen, worauf das Material anschließend auf eine Temperatur erhitzt wird, welche zur Zersetzung des Blähmittels ausreicht und dadurch eine geprägte Oberfläche mit Zellstruktur ergibt. Bei

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dem thermoplastischen Material kann es sich um eine thermoplastische Folie allein oder in Kombination mit einer anderen thermoplastischen Folie oder einem sonstigen bahnförmigen Material handeln; besonders geeignet ist ein durch Kalandern oder Beschichten auf ein Trägermaterial aufgebrachtes thermoplastisches Harz, z.B. eine Vinylplastisolbeschichtung auf einem Textilstoff, wobei das Plastisol anschließend geliert wird.

Typische Trägermaterialien sind Papier, insbesondere dehnbares Papier, oder gewebte oder nichtgewebte Textilstoffe oder Materialien, welche gegebenenfalls dehnbar sind, z.B. gewirkte dehnbare Materialien, wobei die spezielle Auswahl jeweils von dem Einsatzgebiet des geprägter^ mit einem Thermoplasten beschichteten Materials abhängt. Die Verwendung eines mit einem Thermoplasten beschichteten, in einem gewissen Ausmaß dehnbaren Materials, z.B. eines dünnen leichten Gewebes oder eines dehnbaren synthetischen Garns führt zu einer einzigartigen Vielfalt von Prägemustern, da das thermoplastische Material ebenfalls ähnlich wie das Zwischenlagematerial einer geregelten Spannung unterworfen werden kann, so daß man zwei Bahnen erhält, mit deren Hilfe man die Musterungen beeinflussen und verändern kann. Zu den als Trägermaterialien verwendbaren Stoffen

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gehören gewebte und nichtgewebte organische und anorganische Produkte natürlichen und synthetischen Ursprungs, z.B. Papier oder andere Zellulosebahnen, Glasfasern, Kunstharze, Baumwolle, Wolle, Nylon, Urethanfasern, Polyester, Acrylharze, Rayon, Asbest sowie Kohlenstoff in Faserform und Gemische der vorstehenden Materialien.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man ein mit einem weichmacherhaltigen Vinylchloridharz beschichteten Stoff als bahnförmiges thermoplastisches Material einsetzt und eine dünne Mylar-Folie als Zwischenlagematerial zwischen der kalten Metallprägefläche einer nichtangetriebenen Prägewalze und einer angetriebenen Gummiandruckwalze verwendet, wobei als Vorrichtung insbesondere die in Fig. 1 der USA-Patentschrift 3 024 154 beschriebene in Frage kommt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das Zwischenlagematerial auch von einem Teil eines endlosen Bandes gebildet werden kann, welches zumindest an dem Prägespalt unter der gewünschten Spannung gehalten wird, wobei die Spannung des endlosen Bandes variiert werden kann, indem man eine Walze oder ein anderes Mittel in der Weise verschiebt, daß sich die Spannung des endlosen Bandes an der Prägefläche ändert. Das Zwischenlagematerial kann unter Spannung gehalten werden, indem man an

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der Abwickelachse des Zwischenlagematerials, d.h. an der
Walze 2 oder 3 in Fig. 1 der zuvor erwähnten Patentschrift,
eine Bandbremse anbringt. Zusätzlich läßt sich die Spannung
dadurch steuern, daß man die Walze 3 gegen das Material verschiebt. Durch Beobachten der geprägten Fläche und Verändern der Spannung läßt sich das Prägeiauster in dem bahnförmigen
thermoplastischen Material beeinflussen. So können beispiels- ^ weise verschiedene Spaltledermuster mit Hilfe einer einzigen Ledermusterprägewalze erzielt werden.

Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, um Produkte mit unterschiedlichen Oberflächenmustern zu erzielen. Das Oberflächenmuster läßt sich ferner bei Anwendung der gleichen Spannung und Verwendung der gleichen Prägefläche, jedoch Ersetzen des Zwischenlagematerials durch ein anderes Material oder durch ein Laminat erreichen, d.h. durch Verändern des Elastizitätsmodul des Zwischenlagematerials. " Gemäß einer weiteren Ausführungsform finden zwei oder mehrere dünne Zwischenlagematerialien gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung mit verschiedenen Dehnungskoeffizienten Verwendung, wobei jede der Bahnen getrennt gesteuert werden kann, um unterschiedliche Muster zu erreichen. Das Ausmaß der Spannung hängt von den jeweils gewünschten Musterunterschieden

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ab. Im allgemeinen sollte das Zwischenlagematerial beim Eintreten in den Spalt zwischen der Gummiandruckwalze und der kalten Metallprägewalze gespannt sein. Je mehr Spannung herrscht, umso größer ist der Musterunterschied gegenüber dem Prägemuster auf der Walzenoberfläche. Es ist ferner äußerst wünschenswert, eine angetriebene Andruckwalze zusammen mit einer kalten, d.h. eine niedrigere Temperatur aufweisenden Prägewalze zu verwenden; die Temperatur der Prägewalze sollte beispielsweise 5,5 bis 28 C niedriger als die des bahnförmigen thermoplastischen Materials liegen. Die Prägewalze sollte ferner nicht angetrieben sondern freilaufend sein, so daß das Material mit einem gewissen Schlupf durchlaufen kann, was ebenfalls zu einer Veränderung des Musters führt.

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Claims

Patentansprüche

Δ Verfahren zum Einprägen von Oberflächenmustern in die Oberfläche eines bahnförmigen thermoplastischen Materials unter Verwendung eines einzigen Prägemusters, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zwischen die zu prägende Oberfläche des bahnförmigen thermoplastischen Materials und die Prägefläche, vorzugsweise eine Prägewalze, eine dünne Bahn aus einem Material einlegt, das einen anderen Elastizitätsmodul als das zu prägende Material aufweist,

b) das bahnförmige thermoplastische Material der Prägung unterwirft, und

c) die Spannung der zwischengelegten Bahn während des Prägeschrittes so steuert, daß das Prägemuster auf der Oberfläche des geprägten bahnförmigen thermoplastischen Materials variiert wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als bahnförmiges thermoplastisches Material einen mit einem weichgemachten Vinylchloridharz beschichteten Stoff verwendet.

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3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zwischenraaterial eine Folie aus Zellophan, Polyfluorkohlenwasserstoffen, Polyester, Polyäthylen oder Polypropylen verwendet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zwischenlagematerial in Laufrichtung der Prägevorrichtung spannt, indem man die Abwickelachse des Zwischenlagematerials abbremst.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zwischenlagematerial ein endloses Band verwendet, dessen Spannung gesteuert wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zwischenlagematerial nach dem Prägeschritt von dem bahnförmigen thermoplastischen Material abzieht.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zwischenlagematerial eine durchsichtige Kunststofffolie verwendet, welche im Prägeschritt mit der thermoplastischen Oberfläche verbunden wird.

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8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prägung zwischen einer angetriebenen Gummiandruckwalze und einer kalten nichtangetriebenen Prägewalze durchführt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Zwischenlagematerialien mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul verwendet und die Spannung jeder Zwischenlage steuert.
10.Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein bahnförmiges thermoplastisches Material verwendet, dessen thermoplastische Schicht ein Blähmittel enthält, und daß man nach dem Prägen auf eine zur Zersetzung des Blähmittels ausreichende Temperatur erhitzt, um ein Prägemuster mit Zellstruktur zu erhalten.

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