DE4316015A1 - Verstreckter, verschweißbarer Streifen aus Kunststoff und daraus hergestellte Strukturen - Google Patents

Verstreckter, verschweißbarer Streifen aus Kunststoff und daraus hergestellte Strukturen

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DE4316015A1
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Cornelis Martinus Dr Horikx
Arie Hendrik Frans Van D Vliet
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Akzo Nobel NV
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Description

Die Erfindung betrifft einen verstreckten, verschweißbaren Streifen aus Kunststoff und daraus hergestellte Strukturen.
Derartige Streifen sind beispielsweise aus DE-OS 22 46 051 zur Herstellung von Matten bekannt. Die Streifen bestehen aus zwei Polymerschichten mit unterschiedlichem Schmelz­ punkt, wobei das eine Polymer den Festigkeitsträger bildet und deshalb verstreckt ist, während das andere Polymer mit dem niedrigeren Schmelzpunkt zum Verschweißen der Streifen dient. Die Auswahl der zu verwendenden Kunststoffe ist problematisch. Beim nachfolgenden Verstrecken dieser zu­ mindest doppelschichtigen Streifen kann es zur Rißbildung, ja sogar zum Abblättern der zur Schweißung vorgesehenen Schicht(en) kommen. Die Auswahl entsprechender Kunststoffe ist außerdem auf wenige Paarungen begrenzt, da in der Regel nur solche Kunststoffpaarungen in Frage kommen, die gut aneinander haften, und bei denen die Differenz der beiden Schmelzpunkte möglichst groß ist. Wird die Schmelzpunktdifferenz zu gering gewählt, tritt eine Desorientierung des die Festigkeit des Streifens gewährleistenden Polymers und somit eine Festig­ keitsminderung des Streifens ein. Dies umso mehr, je geringer die Schmelzpunktdifferenz ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen mit dem Begriff Streifen alle diejenigen Gebilde zusammengefaßt werden, die in einer Richtung eine deutlich größere Dimension aufweisen als in den beiden anderen, senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden Richtungen. Insofern sind unter Streifen im Sinne der Erfindung beispielsweise Monofilamente, Multi­ filamente oder Bänder zu verstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben ge­ nannten Nachteile zumindest weitgehend zu beseitigen. Es sollen Streifen zu Verfügung gestellt werden, die ohne großen Aufwand miteinander verschweißbar sind. Beim Ver­ schweißen derartiger Streifen, sollen diese einen möglichst geringen Festigkeitsverlust erleiden.
Diese Aufgabe wird bei einem verstreckten, verschweißbaren Streifen aus Kunststoff, dadurch gelöst, daß er zumindest eine Oberfläche aufweist, in welche Oberfläche Absorptions- Partikel eingelagert sind, die eine deutlich höhere Absorp­ tionsfähigkeit für elektromagnetische Strahlung im Frequenz­ bereich von 10 bis 50000 MHz aufweisen als der Kunststoff, aus dem der Streifen besteht.
Die erfindungsgemäßen Streifen lassen sich durch die bei der Herstellung von zweischichtigen Streifen übliche Verfahren herstellen, wobei der fertige Streifen jedoch nunmehr über den gesamten Querschnitt denselben Kunststoff aufweist. Eine Verstreckung zur Erhöhung der Festigkeit und des Moduls des Streifens ist somit ohne Gefahr der Rißbildung und des Abblätterns möglich. Beim Schweißen wird aufgrund der einge­ lagerten Absorptions-Partikel fast nur der diese Partikel enthaltende Bereich erschmolzen, so daß außerhalb des die Absorptions-Partikel enthaltenden Bereichs eine Desorien­ tierung der Streifen weitgehend, ja sogar meist ganz unter­ bleibt, so daß die Festigkeit der Streifen, die diese nach dem Verschweißen aufweisen sollen, wesentlich genauer vorherbestimmt werden kann als bei den heute bekannten Streifen.
Die Einlagerung von Absorptions-Partikel in die Oberfläche von Kunststoffen ist zwar bereits bekannt (EP-A-0 274 364), doch handelt es sich dort um Formteile, bei denen die den Formteilen innenliegende Struktur und somit deren Eigen­ schaften ohne Belang ist. Ziel ist es lediglich, ein wirt­ schaftlicheres Schweißverfahren zur Verfügung zu stellen. Es ist Verdienst der vorliegenden Erfindung, erkannt zu haben, daß sich bei Anwendung der bekannten Methode die Festigkeit der miteinander verschweißten Streifen recht gut voraus­ bestimmen läßt.
Die erfindungsgemäßen Streifen zeichnen sich insbesondere dann aus, wenn die Absorptions-Partikel eine Leitfähigkeit aufweisen, die mindestens dreimal so hoch, insbesondere mindestens zehnmal so hoch ist wie die Leitfähigkeit des Kunststoffs, aus dem der Streifen besteht.
Bevorzugt weist der Streifen eine Dicke auf, die mindestens 10 mal so groß ist wie die Schichtstärke der die Absorp­ tions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht.
Streifen, die aus einem oder mehreren Monofilament(en) oder Multifilamentgarn(en) bestehen, haben sich besonders bewährt.
Die erfindungsgemäßen Streifen eignen sich besonders als Verpackungsbänder aus Kunststoff, die bei ihrer Anwendung an ihren Enden miteinander verschweißt werden. Insbesondere bei Verbackungsbändern kommt es darauf an, daß deren Festigkeit im Bereich der Schweißstelle nicht geschwächt ist. Insofern ist auch Gegenstand der Erfindung ein Streifen, welcher sich dadurch auszeichnet, daß er über seine Enden mit sich selbst über die die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächen­ schicht verschweißt ist. Hierbei empfiehlt es sich, daß beide Oberflächenschichten des Streifens Absorptions- Partikel enthalten. Die Verschweißung wird hierbei dadurch durchgeführt, daß die beiden Enden des Streifens zusammenge­ preßt und mit einer elektromagnetischen Strahlung in dem Frequenzbereich, bei dem die Absorptions-Partikel besonders viel Energie aufnehmen, beaufschlagt werden. Hierbei genügt es in der Regel, wenn die Streifen zur Durchführung der Verschweißung etwa 10 bis 100 Millisekunden der elektro­ magnetischen Strahlung beispielsweise bei den behördlich zugelassenen Frequenzen von 2,45 bzw. 5,8 GHz ausgesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Streifen eignen sich auch vorzüglich zur Herstellung einer Matte, wie sie in der DE-OS 22 46 051 beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Matte zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus sich überkreuzenden Streifen besteht, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander ver­ schweißt sind, und daß sie Streifen enthält, die über ihre die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht miteinander verschweißt sind. Werden die Streifen in der Art eines Geleges übereinandergelegt, genügt es, wenn zumindest in einer Lage erfindungsgemäße Streifen vorhanden sind, die die die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht als Berührungsschicht zu den auf diese Streifen aufgelegten weiteren Streifen aufweisen. Auch hier kann durch Pressen und Beaufschlagung einer hochfrequenten Bestrahlung die Schweißung auf einfache Weise derart durchgeführt werden, daß fast nur im Bereich der die Absorptions-Partikel ent­ haltenden Schicht eine einer Schweißung entsprechende Polymerstruktur nach der Schweißung vorhanden ist. Es empfiehlt sich zur Erhöhung der Festigkeit der Matte, zumindest die Mehrzahl, vorzugsweise alle Streifen mit ein- oder beidseitig angeordneten (beispielsweise bei mehrlagigen Matten) Absorptions-Partikel enthaltenden Schichten aus zu­ statten. Werden die Matten aus den Streifen in Form eines Gewebes hergestellt, weisen die Streifen günstigerweise beidseitig in ihren Oberflächenschichten Absorptions- Partikel auf. Die die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht muß lediglich eine Dicke von einigen Zehnteln Millimeter oder weniger, beispielsweise 10 bis 40 µm, aufzuweisen. Nach Durchführung der Verschweißung weisen diese Gittermatten nahezu dieselbe Festigkeit auf wie die Summe der Festigkeiten der in einer Richtung liegenden Streifen oder Bänder. Hierbei genügt es, wenn die Bänder zur Durchführung der Verschweißung etwa 10 bis 100 Millisekunden der elektromagnetischen Strahlung beispielsweise bei 2,45 oder 5,8 GHz ausgesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Matten eignen sich vorzüglich zur Bodenstabilisierung, beispielsweise an Hängen, als Unter­ grund für Deponien oder für den Gleisunterbau für Schienen­ fahrzeuge. Zur Befestigung der Ränder dieser Matte im Erdreich können die Streifen an ihren Enden Schlaufen aufweisen, die in einfacher Weise dadurch hergestellt werden können, daß die erfindungsgemäßen Streifen an ihren Enden umgeschlagen werden und dann das Ende des jeweiligen Streifens mit dem Streifen selbst beispielsweise wiederum durch elektromagnetische Strahlung derart verbunden wird, daß eine Schlaufe entsteht. Die erfindungsgemäße Matte zeichnet sich deshalb auch dadurch aus, daß zumindest einige der die Matte bildenden Streifen an ihren Enden Schlaufen aufweisen.
Die Verschweißung der erfindungsgemäßen Streifen erfolgt in sehr kurzer Zeit, die in der Regel deutlich unter einer Sekunde liegt. Die Umwandlung der elektromagnetischen Strahlung in Wärme erfolgt fast ausschließlich in dem Bereich, in dem die Absorptions-Partikel eingelagert sind, so daß lediglich dieser Bereich des Kunststoffs in Schmelze umgewandelt wird, so daß der Bereich der Schweißverbindung gut durch Wahl der Dicke der die Absorptionspartikel ent­ haltenden Oberflächenschicht vorbestimmt werden kann. Durch die Einlagerungstiefe der Absorptions-Partikel läßt sich also ziemlich genau der Bereich bestimmen, welcher zur Herstellung der Schweißverbindung benutzt wird, während die anderen Bereiche des Streifens höchstens eine geringfügige Erwärmung erfahren, so daß deren Orientierungszustand und/oder Kristallisationsgrad erhalten werden kann.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Streifen empfiehlt sich also immer dann besonders, wenn beispielsweise eine durch Orientierung erhaltene hohe Festigkeit des Kunststoffs in Schweißstrukturen aus Streifen gewünscht ist, da der Schweißbereich, in welchem durch das Schweißen bekanntlich eine Desorientierung stattfindet, ziemlich genau vorher­ bestimmt werden kann, so daß die Festigkeit einer über die erfindungsgemäßen Streifen erstellten Schweißkonstruktion eingestellt werden kann.
Die Erhöhung der Festigkeit der Kunststoff-Streifen wird in bekannter Weise durch Verstrecken der Streifen erreicht, wodurch eine deutliche Erhöhung der Orientierung des Kunst­ stoffpolymeren bewirkt wird.
Entscheidend für eine Lokalisierung der Schweißstelle bei Durchführung der Schweißung ist die eingelagerte Menge an Absorptions-Partikeln. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Absorptions-Partikel in einer solchen Menge in die Oberfläche der zu verschweißenden Element eingelagert werden, daß der Abstand benachbarter Absorptions-Partikel kleiner ist als die Dicke der Ober­ flächenschicht, die die Absorptions-Partikel enthält. Je geringer der Abstand benachbarter Absorptions-Partikel ist, desto mehr konzentriert sich die Hitzeentwicklung auf die Oberflächenschicht, die die Absorptions-Partikel enthalten. Hierbei ist es besonders günstig, wenn die Oberflächen­ schicht mit den eingelagerten Absorptions-Partikeln eine Leitfähigkeit aufweist, die mindestens dreimal so hoch ist wie die Leitfähigkeit des Kunststoffs, aus dem die Streifen gebildet sind. Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe gelingt besonders günstig, wenn die Leitfähigkeit der Absorptions- Partikel eine Leitfähigkeit aufweisen, die mindestens 10 mal so hoch ist wie die Leitfähigkeit des Streifens. Hierbei haben sich als Absorptions-Partikel insbesondere Ruß­ partikel, Magnetitpulver und/oder Metallpulver als besonders günstig herausgestellt. Weitere geeignete Absorptions- Partikel sind in WO 91/19 036 beschrieben. Durch die Dicke der die Absorptions-Partikel enthaltenden Oberflächenschicht läßt sich der Schweißbereich gut vorbestimmen. Zur Durchführung der Schweißung werden deshalb dünne, die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächenschichten bevorzugt. Die Schichtdicke wird bei größeren Streifen bevorzugt im Bereich weniger Millimeter gewählt.
Die Einlagerung der Absorptions-Partikel kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Einlagerung der Absorp­ tions-Partikel derart erfolgt, daß die Absorptions-Partikel auf die Oberfläche des zu verschweißenden Streifens in einer dünnen Schicht aufgebracht werden und in die Oberfläche eingepreßt werden. Hierzu ist es besonders günstig, wenn zunächst ein Film hergestellt wird, dann die Absorptions- Partikel eingepreßt und danach aus dem Film Streifen ge­ schnitten werden. Die Einpressung kann beispielsweise durch Walzen erfolgen.
Besonders günstig sind die erfindungsgemäßen Streifen über Mehrkomponentenspinndüsen erhältlich, bei welchen im Prinzip allen Düsenkanälen dasselbe Polymer zugeführt wird, wobei jedoch mindestens einem Polymerstrom, der zur Bildung einer Außenschicht vorgesehen ist, Absorptions-Partikel beige­ mischt werden. Je nachdem, ob eine oder mehrere Oberflächen des Streifens zu einer Schweißung verwendet werden sollen, können entsprechend Oberflächenschichten mit Absorptions- Partikeln vorgesehen werden.
Sollen erfindungsgemäß Streifen lediglich einseitig ver­ schweißt werden, benötigen diese Streifen lediglich einen Zweischichtaufbau, während bei einer zweiseitigen Ver­ schweißung naturgemäß zwei Oberflächen Absorptions-Partikel enthalten sollten, weshalb sich hierfür ein Dreischicht­ aufbau eignet. Insbesondere dann, wenn die Streifen Mono­ filamente sind, eignen sich Bi-Komponentenfäden beispielsweise in Seite-an-Seite-Anordnung, insbesondere jedoch in Kern-Mantel-Anordnung, wobei jedoch beide Komponenten dasselbe Polymer enthalten und lediglich in der für die Schweißung vorgesehenen Schicht Absorptions-Partikel eingemischt wurden.

Claims (9)

1. Verstreckter, verschweißbarer Streifen aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest eine Oberfläche aufweist, in welche Oberfläche Absorptions-Partikel eingelagert sind, die eine deutlich höhere Absorptions­ fähigkeit für elektromagnetische Strahlung im Frequenz­ bereich von 10 bis 50000 MHz aufweisen als der Kunst­ stoff, aus dem der Streifen besteht.
2. Streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptions-Partikel eine Leitfähigkeit aufweisen, die mindestens drei mal so hoch ist wie die Leitfähigkeit des Kunststoffs, aus dem der Streifen besteht.
3. Streifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptions-Partikel eine Leitfähigkeit aufweisen, die mindestens zehnmal so hoch ist wie die Leitfähigkeit des Kunststoffs, aus dem der Streifen besteht.
4. Streifen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke des Streifens mindestens zehnmal so groß ist wie die Schichtstärke der die Absorptions- Partikel enthaltende Oberflächenschicht.
5. Streifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einem Monofilament besteht, in dessen Oberfläche Absorptions- Partikel integriert sind.
6. Streifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einem Multifilamentgarn besteht.
7. Streifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er über seine Enden mit sich selbst über die die Absorptions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht verschweißt ist.
8. Matte aus sich überkreuzenden Streifen, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie Streifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 enthält, die über ihre die Absorp­ tions-Partikel enthaltende Oberflächenschicht miteinander verschweißt sind.
9. Matte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der die Matte bildenden Streifen an ihren Enden Schlaufen aufweisen.
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