-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Papiermacherbänder, die
in Papiermachermaschinen zum Herstellen starker, weicher, absorbierender
Papierprodukte nützlich
sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Papiermacherbänder mit
einem Kunstharz-Gerippe und einem damit verbundenen Verstärkungselement.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Im
Allgemeinen umfasst ein Papierherstellungsverfahren mehrere Schritte.
Typischerweise wird ein wässriger
Brei aus Papier machenden Fasern in eine embryonische Bahn auf einem
foraminösen
Element, wie beispielsweise einem Fourdrinier-Sieb, ausgebildet.
Nach dem anfänglichen Formen
der Papierbahn auf dem Fourdrinier-Sieb oder auf Formungsdrähten wird
die Papierbahn durch einen Trocknungsvorgang oder durch Vorgänge auf
einem anderen Stück
einem Papiermacherstoffes in Form eines Endlosbandes hindurch befördert, welches
sich häufig
von dem Fourdrinier-Sieb oder den Formungsdrähten unterscheidet. Dieser
andere Textilstoff wird im Allgemeinen als ein Trocknungsstoff oder
-band bezeichnet. Während
sich die Bahn auf dem Trocknungsband befindet, kann der Trocknungs-
oder Entwässerungsvorgang
eine Vakuumentwässerung,
eine Trocknung durch Blasen erhitzter Luft durch die Bahn hindurch,
eine mechanische Verarbeitung oder eine Kombination derselben, beinhalten.
-
In
Durchluft-Trocknungsverfahren, die von dem vorliegenden Übertragenden
entwickelt und wirtschaftlich umgesetzt worden sind, kann der Trocknungsstoff
ein sogenanntes Umbiegeelement umfassen, das eine makroskopisch
monoplanare, kontinuierliche und vorzugsweise gemusterte und ein nicht
zufälliges
Netzwerk bildende Oberfläche
aufweist, welches eine Mehrzahl von diskreten, voneinander isolierten
Umbiegekanäle
bildet. Alternativ kann das Umbiegeelement eine Mehrzahl von diskreten
Protuberanzen aufweisen, die voneinander durch einen im Wesentlichen
kontinuierlichen Umbiegekanal getrennt sind oder halb kontinuierlich
sind. Die embryonische Bahn ist mit dem Umbiegeelement verbunden.
Während
des Papiermachervorganges werden die Papier machenden Fasern in
der Bahn in die Umbiegekanäle
gebogen und wird Wasser aus der Bahn durch die Umbiegekanäle entfernt.
Die Bahn wird dann getrocknet und kann vorgekürzt werden, beispielsweise
durch Kreppen. Die Umbiegung der Fasern in die Umbiegekanäle des Papiermacherbandes
kann zum Beispiel durch die Aufbringung eines Fluid-Differenzdruckes
auf die embryonische Papierbahn eingeleitet werden. Ein bevorzugtes
Verfahren zum Aufbringen eines Differenzdruckes ist das Ausüben eines
Fluid-Differenzdruckes auf die Bahn durch den Trocknungsstoff hindurch,
der das Umbiegeelement umfasst.
-
Mit
Durchluft getrocknete Papierbahnen können hergestellt werden gemäß jedem
der allgemein übertragenen
US Patente: Nr. 4,529,480, veröffentlicht
für Trokhan
am 16. Juli 1985; Nr. 4,637,859, veröffentlicht für Trokhan
am 20. Januar 1987; Nr. 5,364,504, veröffentlicht für Smurkoski
et al. am 15. November 1994; Nr. 5,259,664, veröffentlicht für Trokhan
et al. am 25. Juni 1996; und Nr. 5, 679,222, veröffentlicht für Rasch
et al. am 21. Oktober 1997.
-
Ganz
allgemein umfasst ein Verfahren zum Herstellen des Umbiegeelements
das Aufbringen eines Überzugs
aus flüssigem,
lichtempfindlichem Kunstharz auf eine Oberfläche eines foraminösen Elements,
ein Kontrollieren der Dicke des Überzugs hinsichtlich
eines vorgewählten
Wertes, Belichten des Überzugs
des flüssigen
lichtempfindlichen Harzes mit Licht einer aktivierenden Wellenlänge durch eine
Maske hindurch, wodurch ein Aushärten
ausgewählter
Bereiche des lichtempfindlichen Harzes verhindert oder reduziert
wird. Dann werden die nicht ausgehärteten Bereiche des lichtempfindlichen
Harzes typischerweise durch Wasserstrahlen weg gespült. Mehrere
allgemein übertragene
US Patente offenbaren Papiermacherbänder und Verfahren zum Herstellen
der Bänder:
4,514,345, veröffentlicht
am 30. April 1985 für
Johnson et al.; 4,528,239, veröffentlicht
am 09. Juli 1985 für
Trokhan; 5,098,522, veröffentlicht
am 24. März
1992; 5,260,171, veröffentlicht
am 09. November 1993 für
Smurkoski et al.; 5,275,700, veröffentlicht
am 04. Januar 1994 für Trokhan:
5,328,565, veröffentlicht
am 12. Juli 1994 für
Rasch et al.; 5,334,289, veröffentlich
am 02. August 1994 für
Trokhan et al.; 5,431,786, veröffentlicht am
11. Juli 1995 für
Rasch et al.; 5,496,624, veröffentlicht
am 05. März
1996 für
Stelljes, Jr. et al.; 5,500,277, veröffentlicht am 19. März 1996
für Trokhan
et al.; 5,514,523, veröffentlicht
am 07. Mai 1996 für
Trokhan et al., 5,554,467, veröffentlicht
am 10. September 1996 für
Trokhan et al.; 5,566,724, veröffentlicht
am 25. Oktober 1996 für
Trokhan et al.; 5,624,790, veröffentlicht
am 29. April 1997 für
Trokhan et al.; 5,628,876, veröffentlicht
am 13. Mai 1997 für
Ayers et al.; 5,679,222, veröffentlicht
am 21. Oktober 1997 für
Rasch et al.; und 5,714,041, veröffentlicht
am 03. Februar 1998 für
Ayers et al.
-
Das
US Patent Nr. 4,111,634 (Limbach et al.) offenbart eine Vorrichtung
zum Befestigen einer Mehrzahl von Wülsten an einem Papiermacherfilz
mit Mitteln zum Abstützen
eines Papiermacherfilzes, das eine Arbeitsoberfläche aufweist, und mit Mitteln
zum Aufbringen der Wulste einer Plastikunterlage. Die Wulste erstrecken
sich von der Arbeitsoberfläche weg
und haben obere Bereiche, welche in Abstand zueinander entlang der
Arbeitsoberfläche
liegen und Kanäle
für einen
Flüssigkeitsfluss
bilden.
-
Eine
Suche nach verbesserten Verfahren und Produkten wurde fortgesetzt.
Nun wird angenommen, dass das Umbiegungselement durch wenigstens
mehrere weitere Verfahren hergestellt werden kann. Die vorliegende
Erfindung liefert ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
eines Papiermacherbandes durch Extrudieren eines fluidartigen Kunstharzmaterials
auf das Verstärkungselement
gemäß einem
gewünschten
vorbestimmten Muster und dann ein Verfestigen des gemusterten Harzmaterials.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren und eine Vorrichtung,
das die Menge des Kunstharzmaterials signifikant reduziert, die
benötigt
wird, um das Papiermacherband mit einem Verstärkungselement und einem gemusterten
Kunstharz-Gerippe zu konstruieren.
-
Diese
und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ohne Weiteres
offensichtlich, wenn sie mit Bezug auf die folgende Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen betrachtet werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Das
Papiermacherband, das durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, umfasst ein Verstärkungselement
und ein damit verbundenes gemustertes Harzgerippe. Das Verstärkungselement
hat eine erste Seite und eine entgegen gesetzte zweite Seite. Vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, umfasst das Verstärkungselement ein fluiddurchlässiges Element,
wie beispielsweise einen Gewebestoff oder ein Sieb mit einer Mehrzahl
von Durchgangsöffnungen. Das
Verstärkungselement
kann auch ein Filz umfassen, wie beispielsweise offenbar in den
allgemein übertragenen
US Patenten 5,629,052 und 5,674,663. Das Harzgerippe hat eine obere
Seite und eine untere Seite, wobei die obere und die untere Seite
der ersten bzw. der zweiten Seite des Verstärkungselements entsprechen.
Das Harzgerippe kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster
haben, ein diskretes Muster oder ein halb kontinuierliches Muster.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen eines Papiermacherbandes umfasst die folgenden
Schritte: Bereitstellen eines Verstärkungselements; Bereitstellen eines
extrudierbaren Harzmaterials; Bereitstellen wenigstens einer ersten
Extrusionsdüse;
Zuführen
des Harzmaterials in die Extrusionsdüse und Extrudieren des Harzmaterials
auf das Verstärkungselement, derart,
dass das Harzmaterial und das Verstärkungselement miteinander verbunden
werden, vorzugsweise bildet das Harzmaterial ein vorgewähltes Muster auf
dem Verstärkungselement;
und Verfestigen des mit dem Verstärkungselement verbundenen Harzmaterials.
Alternativ zum Extrudieren des Harzmaterials direkt auf das Verstärkungselement
kann das Harzmaterial auf eine Formungsoberfläche extrudiert werden und dann
auf das Verstärkungselement übertragen
werden.
-
In
seiner bevorzugten Ausführungsform
ist das Verfahren kontinuierlich und umfasst einen Schritt eines
sich kontinuierlichen Bewegens des Verstärkungselements oder der Formungsoberfläche in einer
Maschinenrichtung bei Transportgeschwindigkeit und einen Schritt
des kontinuierlichen Bewegens der wenigstens ersten Extrusionsdüse relativ
zu dem Verstärkungselement
oder der Formungsoberfläche.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Extrusionsdüsen vorgesehen, die jeweils
so ausgebildet sind, dass sie sich relativ zu dem Verstärkungselement
gemäß einem
vorbestimmten Muster bewegen. Vorzugsweise ist jede der Extrusionsdüsen so strukturiert,
dass sie eine Mehrzahl von Wülsten
des Harzmaterials auf ein Verstärkungselement
extrudiert. Die Harzwülste,
die auf das Verstärkungselement
extrudiert sind, können
eine allgemeine Orientierung in der Maschinenrichtung oder in der
Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Maschinenrichtung haben,
einschließlich
einer Richtung, welche einen spitzen Winkel mit der Maschinenrichtung
bildet. Im letzteren Fall erzeugt die kombinierte Bewegung des Verstärkungselements
(oder der Formungsoberfläche)
und der Extrusionsdüse
oder Düsen
vorzugsweise einen daraus resultierenden Geschwindigkeitsvektor
mit einer Komponente in Maschinenrichtung und einer Komponente in
Quermaschinenrichtung. Die Bewegung des Verstärkungselements (oder der Formungsoberfläche) und
die Bewegung der Extrusionsdüsen
ist so gewählt,
dass sie miteinander kooperieren, derart, dass das auf das Verstärkungselement extrudierte
Harzmaterial ein vorgewähltes,
vorzugsweise sich wiederholendes Muster bildet. Die Wülste können eine
wellige Konfiguration haben oder gerade verlaufen. Die Wülste können auch
eine unterschiedliche Höhe
haben.
-
Die
Extrusionsdüse
kann so ausgebildet sein, dass sie sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht
zur Maschinenrichtung bewegt. In einer Ausführungsform des bevorzugten
kontinuierlichen Verfahrens bewegen sich wenigstens zwei Extrusionsdüsen reziprok
in der Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung. In Abhängigkeit
von einem spezifischen vorgewählten
Muster des Harzgerippes kann die Extrusionsdüse bzw. die Düsen im Wesentlichen die
gesamte Breite des Verstärkungselement überbrücken oder – alternativ-
einen Teil der Breite.
-
In
einigen Ausführungsform
kann die Extrusionsdüse
oder Düsen
eine komplexe Bewegung haben, zum Beispiel eine erste reziproke
Bewegung in der Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung und zweite
reziproke Bewegung in der Maschinenrichtung. Eine Amplitude der
ersten reziproken Bewegung ist vorzugsweise größer als die Amplitude der zweiten
reziproken Bewegung. Dann umfasst das resultierende Muster des auf
das Verstärkungselement extrudierten
Harzmaterials eine Mehrzahl von Harzwülsten mit einer Wellung oder
einer sinusförmigen (oder
oszillierenden) Konfiguration.
-
In
der äußerst bevorzugten
Ausführungsform bewegt
sich die Formungsoberfläche
(oder das Verstärkungselement)
kontinuierlich in der Maschinenrichtung, während sich die Extrusionsdüse reziprok
in der Quermaschinenrichtung bewegt.
-
In
einer Ausführungsform
werden eine erste Mehrzahl von Wülsten
und eine zweite Mehrzahl von Wülsten
auf die Formungsoberfläche
oder auf das Verstärkungselement
in der Weise extrudiert, dass die erste und zweite Mehrzahl von
Wülsten
miteinander verbunden sind, wenn sie auf der Formungsoberfläche oder
dem Verstärkungselement
angeordnet sind, wodurch das im Wesentlichen kontinuierliche Harzgerippe
gebildet wird. Die Wülste
können
sich überkreuzen,
wodurch "Super-Höcker" gebildet werden,
die sich von dem Verstärkungselement
nach außen
erstrecken. Die Super-Höcker
können
dann unter Druck in das Verstärkungselement
derart gedrückt
werden, dass sich das Verstärkungselement und
die Super-Höcker
miteinander verbinden. Der Rest des Harzgerippes kann lose an dem
Verstärkungselement
bleiben, sodass das Band in günstiger Weise
mit einem ausreichenden "Schrägverlauf" des Verstärkungselements
in Bezug zum Harzgerippe bereit gestellt wird. In einer solchen
Ausführungsform ist
das Harzgerippe fest mit dem Verstärkungselement verbunden, während es
auch teilweise in Bezug zu der Verstärkungsstruktur bewegbar ist.
-
Die
vorliegende Erfindung zieht die Benutzung von wenigstens zwei unterschiedlichen
Harzmaterialien in Betracht, die in Bezug zueinander chemisch aktiv
sind. Dann vernetzen sich, wenn die erste Mehrzahl von harzartigen
Wülsten
mit einem ersten Harzmaterial und eine zweite Mehrzahl von harzartigen
Wülsten
mit einem zweiten Harzmaterial miteinander an Kontaktpunkten verbunden
werden (durch Überkreuzung
oder anders), wenn sie auf dem Verstärkungselement oder der Formungsoberfläche angeordnet
werden, das erste Harzmaterial und das zweite Harzmaterial an den
Kontaktpunkten.
-
Der
Schritt des Verfestigens des mit der Verstärkungsstruktur verbundenen
Harzgerippes kann durch irgendein Mittel durchgeführt werden,
das im Stand der Technik bekannt ist, und zwar in Abhängigkeit
von der Beschaffenheit des Harzgerippes. Zum Beispiel kann das Harzgerippe
mit einem lichtempfindlichen Harz mit UV-Strahlung ausgehärtet werden,
während
Wärme fixierende
Harze typischerweise durch Temperatur ausgehärtet werden.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des
Regulierens der Dicke des Kunstharzgerippes auf wenigstens einen
vorgewählten
Wert umfassen. Diese könnte
durchgeführt werden
durch ein Kalandrieren des Verstärkungselement
in Kombination mit dem Harzgerippe, Abschleifen wenigstens einer
Seite des Verbundstoffes, Schneiden der Verstärkungsstruktur mit einem Messer
oder mit einem Laserstrahl oder durch irgendein anderes bekanntes
Mittel des Standes der Technik.
-
Die
vorliegende Erfindung offenbar auch eine Vorrichtung zum Herstellen
des Bandes, wobei die Vorrichtung eine Formungsoberfläche, ein
Mittel zum Bewegen der Formungsoberfläche in der Maschinenrichtung,
wenigstens eine Extrusionsdüse, die
so strukturiert ist, dass sie sich relativ zu der Formungsoberfläche bewegt,
wie dies oben diskutiert wurde, und ein Mittel, mit welchem das
Harzgerippe und das Verstärkungselement
miteinander verbunden werden können,
umfasst. Die Vorrichtung kann auch ein Mittel zum Regulieren der
Dicke des Harzgerippes umfassen.
-
Eine
Ausführungsform
des Bandes der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens eine erste Mehrzahl
von Harzwulsten mit einer ersten Dicke und eine zweite Mehrzahl
von Harzwulsten mit einer zweiten Dicke, wobei die erste und die
zweite Mehrzahl der Harzwulste wenigstens teilweise an Kontaktpunkten überlappen,
wodurch Super-Höcker
darin ausgebildet werden, wobei die Super-Höcker eine dritte Dicke haben,
die größer ist
als eine der ersten Dicke und der zweiten Dicke. Die erste Dicke
kann sich von der zweiten Dicke unterscheiden, falls dies erwünscht ist.
Die Umbiegekanäle
sind zwischen den Kontaktpunkten angeordnet. Vorzugsweise sind die Super-Höcker über das
Verstärkungselement
in einem vorgewählten
Muster verteilt, und ganz bevorzugt hat das gemusterte Harzgerippe
ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster. Alternativ kann das gemusterte
Harzgerippe ein halb kontinuierliches Muster haben oder ein Muster,
das auch eine dritte Mehrzahl von diskreten Protuberanzen aufweist,
die sich von dem Verstärkungselement
nach außen
erstrecken. Vorzugsweise umfassen die Harzwulste ein Material, ausgewählt von
der Gruppe bestehend aus Epoxys, Siliconen, Urethanen, Polystyrolen,
Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und
einer Kombination derselben.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer Ausführungsform
eines kontinuierlichen Verfahrens und einer Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung.
-
2 ist
eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
eines kontinuierlichen Verfahren und einer Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung mit einem Stützband.
-
3 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Fragments 3 aus 2.
-
4 ist
eine schematische Draufsicht, welche eine Ausführungsform des Verfahrens und
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
5 ist
eine schematische Draufsicht ähnlich
derjenigen, die in 3 gezeigt ist und eine weitere
Ausführungsform
des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
6–8 zeigen
schematisch fortschreitend eine der grundlegenden Ausführungsformen des
Verfahrens und der vorliegenden Erfindung.
-
6A ist
eine schematische Darstellung eines resultierenden Geschwindigkeitsvektors
mit einer Geschwindigkeitskomponente in Maschinenrichtung und einer
Komponente in Quermaschinenrichtung.
-
9 ist
eine schematische Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform
des Papiermacherbandes mit einem Harzgerippe, das ein halb kontinuierliches
Muster aufweist.
-
10 ist
eine schematische Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Papiermacherbandes mit einem Harzgerippe, das ein kontinuierliches
Muster und ein Muster mit einer Mehrzahl von diskreten Protuberanzen
aufweist.
-
11 ist
eine schematische Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Papiermacherbandes mit einem Harzgerippe, das ein kontinuierliches
Muster aufweist.
-
12 ist
eine schematische Draufsicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Papiermacherbandes mit einem Harzgerippe, das ein kontinuierliches
Muster aufweist.
-
13 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Fragments 13 aus 2,
das überlappende
Harzwulste zeigt, die Super-Höcker
bilden.
-
14 ist
eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines
kontinuierlichen Verfahrens und einer Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung, mit einer Kalandriereinrichtung.
-
15 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Fragments 15 aus 14.
-
16 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Fragments 16 aus 14.
-
17 ist
eine hervor gehobene schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines
kontinuierlichen Verfahrens und eine Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung, wobei die Vorrichtung eine Formungsoberfläche separat
von einem Verstärkungselement
aufweist.
-
18 ist
eine teilweise Schnittansicht eines Fragments 18 aus 17.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Papiermacherband
-
Ein
repräsentatives
Papiermacherband oder ein solcher Textilstoff, auch als "Formschablone" bekannt, welches
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, ist schematisch
in den 4, 5 und 9–13 gezeigt.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Papiermacherband" oder einfach "Band" auf
eine im Wesentlichen makroskopisch monoplanare Struktur, die so
ausgebildet ist, dass sie eine darauf befindliche Bahn während wenigstens
einer Stufe eines Papierherstellungsverfahrens abstützt und
vorzugsweise trägt.
Typischerweise verwenden moderne Industrieverfahren endlose Papiermacherbänder, es
ist aber klar, dass die vorliegende Erfindung für die Herstellung von diskreten
Bereichen des Bandes oder stationäre wie auch drehende Platten
verwendet werden können,
welche zum Herstellen von Bahn-Handblätter, Drehtrommeln etc. verwendet
werden können.
-
Wie 13 zeigt,
hat das Band 90 eine bahnberührende Seite 91 und
eine Rückseite 92 entgegen
gesetzt zur bahnberührenden
Seite 91. Das Papiermacherband 90 soll makroskopisch
monoplanar sein, weil die bahnberührende Seite 91, wenn
ein Bereich des Bandes 90 in einer planaren Konfiguration
ausgerichtet ist, als Ganzes betrachtet im Wesentlichen in einer
Ebene liegt. Es soll "im
Wesentlichen" monoplanar
sein, um der Tatsache Rechnung zur tragen, dass Abweichungen von
der absoluten Planarität
tolerierbar sind, obwohl sie nicht gern gesehen sind, solange diese
Abweichungen nicht erheblich genug sind, um die Leistungsfähigkeit
des Bandes 90 für
die Zwecke des speziellen Papierherstellungsverfahrens nachteilig
zu beeinflussen. Auf einem mikroskopischen Niveau jedoch ist das
Band 90 nicht planar. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hat das Band 90 eine Mehrzahl von Super-Höckern 160,
wie dies unten erläutert
werden wird.
-
Das
Papiermacherband 90, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden kann, umfasst im Allgemeinen zwei primäre Elemente:
ein Gerippe 300, das aus einem fließfähigen und extrudierbaren polymeren
Harzmaterial hergestellt ist, und ein Verstärkungselement oder Verstärkungselement 50.
Das Verstärkungselement 50 und
das Harzgerippe 300 sind miteinander verbunden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Verstärkungselement 50 mit
dem Harzgerippe 300 teilweise verbunden oder gebunden sein (16 und 18),
das heißt,
nur Teile des Harzgerippes 300 sind mit dem Verstärkungselement 50 verbunden
oder gebunden, sodass ein hoher Grad an Flexibilität zwischen
dem Verstärkungselement 50 und
dem Harzgerippe 300 bereit gestellt wird, dessen Vorteile
unten in größerem Detail
erläutert
werden.
-
Das
Verstärkungselement 50 hat
eine erste Seite 51 und eine zweite Seite 52 entgegen
gesetzt zu der ersten Seite 51 (3, 13, 15 und 16).
Die erste Seite 51 kann Papier machende Fasern während des
Papierherstellungsverfahrens berühren,
während
die zweite Seite 52 typischerweise die Papiermacheranlage
berührt,
wie beispielsweise einen Vakuum-Aufnahmeschuh und einen Multischlitz-Vakuumkasten (beide
nicht gezeigt).
-
Das
Verstärkungselement 50 kann
eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen. Es kann
ein Gewebeelement umfassen, wie beispielsweise ein Sieb, ein Netz,
etc., oder ein Nonwoven-Element, wie beispielsweise ein Band, eine
Platte etc. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verstärkungselement 50 ein
Gewebeelement, das durch eine Mehrzahl von miteinander verwobenen
Fäden gebildet
wird, wie dies in den 3, 9, 11, 12, 13, 15 und 16 gezeigt
ist. Insbesondere kann das gewebte Verstärkungselement 50 ein
foraminöses
Gewebeelement umfassen, wie dies offenbart ist in dem allgemein übertragenen
US Patent Nr. 5,334,289, veröffentlicht im
Namen von Trokhan et al. am 02. August 1994. Das Verstärkungselement 50 mit
einem Gewebeelement kann durch eine oder mehrere Schichten von miteinander
verwobenen Fäden
gebildet werden, wobei die Schichten im Wesentlichen parallel zueinander
und in einer berührenden
seitenweisen Beziehung miteinander verbunden sind. Es wird Bezug
genommen auf das allgemein übertragene
US Patent Nr. 5,679,222, veröffentlicht
für Rasch
et al. am 21. Oktober 1997; das allgemein übertragene US Patent 5,496,624,
veröffentlicht
am 05. März
1996 im Namen von Stelljes, Jr. et al. und die allgemein übertragene
Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/696,712, eingereicht
im Namen von Boutilier am 14. August 1996 unter der Bezeichnung "Papermaking Belt
Having Bilaterally Alternating Tie Yams". Das Papiermacherband 90 kann
auch unter Verwendung von dem Verstärkungselement 50,
das ein Filz aufweist, hergestellt werden, wie dies ausgeführt ist in
der allgemein übertragenen
Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/391,372, eingereicht am
15. Februar 1995 im Namen von Trokhan es al. unter der Bezeichnung "Method of Applying
a Curable Resin to Substrate for Use in Papermaking".
-
Das
Verstärkungselement 50 des
Bandes 90 festigt das Harzgerippe 300 und hat
vorzugsweise einen geeigneten projizierten Bereich, in welchen die Papier
machenden Fasern unter Druck während
des Papierherstellungsverfahrens umbiegen können. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das Verstärkungselement 50 vorzugsweise
fluiddurchlässig.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "fluiddurchlässig" im Kontext des Verstärkungselements 50 auf
einen Zustand des Verstärkungselements 50, welcher
den Fluiden, wie Wasser und Luft, erlaubt, durch das Verstärkungselement 50 in
wenigstens einer Richtung hindurch zu gelangen. Wie der Fachmann
des Standes der Technik ohne Weiteres erkennen wird, werden die
Bänder
mit fluiddurchlässigen Verstärkungselementen
typischerweise in mit Durchluft trocknenden Verfahren zum Herstellen
einer Papierbahn verwendet.
-
Das
Verstärkungselement 50 ist
wenigstens teilweise mit dem Harzgerippe 300 verbunden.
Das Harzgerippe 300 umfasst ein verfestigtes Harzmaterial 300a oder 300b (14),
das heißt,
das Harzgerippe 300 ist eine feste Phase des fluiden Harzmaterials.
In diesem Sinne können
die Ausdrücke "Harzmaterial" und "Harzgerippe" untereinander austauschbar
verwendet werden, je nachdem ob das im Kontext der vorliegenden
Beschreibung geeignet ist. In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist das Harzgerippe 300 durch
eine Mehrzahl von Harzwulsten gebildet, die mit wenigstens einer
Extrusionsdüse
(in mehreren Zeichnungen als 100 oder 200 bezeichnet)
extrudiert wurden und dann verfestigt wurden. Die Harzwulste bilden
Umbiegungskanäle 350 zwischen
sich, wie dies in den 9–12 gezeigt
ist.
-
Das
Harzgerippe 300 hat eine Oberseite 301 und eine
Bodenseite 302 entgegen gesetzt zur Oberseite 301 (9, 10, 13 und 16).
Während
des Papierherstellungsverfahrens berührt die Oberseite 301 des
Gerippes 300 die Papiermacherfasern und bildet so das Muster
der Papierbahn, die erzeugt wird. Die Bodenseite 302 des
Gerippes 300 kann in einigen Ausführungsformen (16)
die Papiermacheranlage berühren,
wobei in diesen Ausführungsformen
die Bodenseite 52 des Gerippe 50a und die zweite
Seite 42 des Verstärkungselements 40 in der
gleichen Makroebene angeordnet sein können. Alternativ kann ein Abstand
Z zwischen der Bodenseite 302 des Gerippes 300 und
der zweiten Seite 52 des Verstärkungselements gebildet sein,
wie dies in 3 gezeigt ist.
-
Eine
weitere Ausführungsform
(nicht gezeigt) des Gerippes kann die Bodenseite 302 mit
einem Netzwerk aus Durchgangswegen umfassen, die Texturunregelmäßigkeiten
auf der rückseitigen
Oberfläche
bilden, wie dies beschrieben ist im allgemein übertragenen US Patent 5,275,700,
veröffentlicht
am 04. Januar 1994 für
Trokhan. Die zwei letzteren Ausführungsformen
des Gerippes 300 – eine
mit dem Abstand zwischen der Bodenseite 302 des Gerippes 300 und
der zweiten Seite 52 des Verstärkungselement 50,
und die andere mit den rückseitigen Texturunregelmäßigkeiten – liefern
in günstiger
Weise eine Leckage zwischen der Bodenseite 302 des Gerippes 300 und
einer Oberfläche
der Papiermacheranlage. Die Leckage reduziert eine plötzliche
Aufbringung des Vakuum-Druckes auf die Papierbahn während des
Papierherstellungsverfahrens, wodurch ein als Nadellochung bekanntes
Phänomen
beseitigt wird.
-
Das
Papiermacherband, das verwendet wird, um strukturierte Papiere herzustellen,
ist sehr teuer herzustellen. Als Ergebnis der hohen Kosten, die
mit der Herstellung der Bänder
verbunden sind, ist es wichtig, Designs zu entwickeln, die einerseits – die gewünschte Produkt-Leistungsfähigkeit
geben, und andererseits – über eine
maximale Zeitspanne auf einer Papiermaschine laufen. Ein Design,
das speziell zum Herstellen eines strukturierten Papiers bevorzugt
wird, ist eine Verbundstruktur mit einem Verstärkungselement 50 und
einem gemusterten Gerippe 300, wie dies oben diskutiert
wurde. Ein speziell bevorzugtes Verstärkungselement 50 ist
ein Gewebestoff, gezeigt in den 3, 9, 11, 12, 13 und 15–17.
Die Gewebestoffe werden wegen ihres Verhältnisses von Festigkeit zu
Gewicht als Verstärkung
bevorzugt und weil sie potentiell schädliche Spannungen, die durch
das Papiermacherverfahren induziert werden, wirksam verteilen, ohne
dabei zu versagen. Gewebte Materialien sind besonders gut beim Verteilen
solcher Spannungen durch Schrägstellung,
das heißt,
verdrehen in der Ebene der Webbahn, ohne aus der Ebene zu laufen. (Rippelung).
Ein geripptes Band wird schnell zerstört, wenn es durch mechanische
Spalte hindurch läuft oder
sich um Rollen mit kleinem Durchmesser herum wickelt; sowohl mechanische
Spalte als auch Rollen mit kleinem Durchmesser sind in Papiermaschinen üblich.
-
Die
Fähigkeit
des gewebten Verstärkungselements,
sich schräg
zu stellen und somit eine katastrophale Rippenbildung zu vermeiden,
wird wesentlich beeinflusst durch die Art und Weise, in der das gemusterte
Gerippe angebracht ist. Falls das gemusterte Gerippe kontinuierlich
ist (wie zum Beispiel so, wie es am besten gezeigt ist in den 4,5 und 10–12)
und mit dem zweiten Gewebe über seine gesamte
projizierte Fläche
einstückig
verwoben ist, wird die Schrägstellbarkeit
des Verbundstoffes signifikant reduziert. Dies trifft insbesondere
dann zu, wenn das gemusterte Netzwerk ein Material mit hohem Modul
umfasst. Die Schrägstellbarkeit
des Verstärkungselements 50 in
diesen Ausbildungen reduziert, weil das Material des kontinuierlichen
und ineinander eindringenden gemusterten Gerippes 300 eine
unabhängige
Bewegung der Kettfilamente (typischerweise in Maschinenrichtung)
und Schussfilamente (typischerweise in Quermaschinenrichtung), verhindert,
welche die Webstruktur bilden. Dies zwingt normalerweise das schrägstellbare
Gewebe, mehr wie ein steifes homogenes Flächengebilde zu wirken.
-
Ein
wirksamer Weg, das gemusterte Gerippe 300 an dem Verstärkungselement 50 anzubringen, während es
gleichzeitig eine akzeptable Schrägstellbarkeit beibehält, besteht
darin, die Anbringungen periodisch durchzuführen, statt kontinuierlich,
das heißt,
das Verstärkungselement 50 und
das Harzgerippe 300 partiell zu verbinden. Ein bevorzugtes
Mittel, dies zu tun, besteht darin, ein gemustertes Gerippe 300,
das nicht monoplanar auf der Seite ist, welche mit dem gewebten
Verstärkungselement 50 verbunden
werden soll, zu erzeugen. Die andere Seite (die Seite, welche letzten
Endes mit dem Flächengebilde
in Kontakt sein wird) des Gerippes 300 kann monoplanar
sein.
-
Ein
speziell bevorzugtes Mittel, um dies zu tun, besteht darin, zwei
sich stellenweise schneidende (kreuzende) Wulste eine geeigneten
Materials zu extrudieren, die ein bevorzugtes Muster bilden. Die Überlappungsflächen in
dem Muster werden notwendigerweise dicker sein als die sich nicht
schneidenden Regionen, das heißt, "Super-Höcker" 160 bilden. Die
Super-Höcker 160 des
gemusterten Gerippes 300 werden dann durch geeignete Mittel
in das gewebte Verstärkungselement 50 gepresst,
wodurch eine stellenweise Verbindung zwischen dem Gerippe 300 und
dem Verstärkungselement 50 erzeugt
wird. Ein solcher Verbundstoff wird eine adäquate Verbindung zwischen dem
gemusterten Gerippe 300 und dem Verstärkungselement 50 haben
und – gleichzeitig – eine ausreichende Schrägstellbarkeit,
um eine katastrophale und kostenträchtige Schädigung zu vermeiden.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung hat das Band 90 ferner eine
Mehrzahl von Super-Höckern 160 (13 und 16).
Die Super-Höcker 116 werden
als Ergebnis der Überlappung
einiger der Harzwulste gebildet. Zum Beispiel zeigen die 11 und 12 das
Harzgerippe 300, das durch die erste Mehrzahl 110 von
Harzwulsten und eine zweite Mehrzahl 120 von Harzwulsten
gebildet wird. Die erste und die zweite Mehrzahl 110, 120 der
Harzwulste verbinden sich miteinander an Kontaktpunkten. Ganz speziell,
wie in den 11 und 12 gezeigt, überlappen
die Harzwulste der ersten Mehrzahl 110, oder überkreuzen,
die Harzwulste der zweiten Mehrzahl 120, wodurch die Mehrzahl
der Super-Höcker 160 an
den Kontaktpunkten 150 und eine Mehrzahl von Umbiegungskanälen 350 zwischen
den Kontaktpunkten 150 gebildet werden. Vorzugsweise sind
die Super-Höcker 160 über das
Band 190 in einem vorgewählten Muster verteilt. 13 zeigt,
dass die Wulste der ersten Mehrzahl 110 eine erste Dicke
A1 haben und die Wulst der zweiten Mehrzahl 120 eine zweite
Dicke A2 haben. Die Super-Höcker 160 haben
eine dritte Dicke A3, welche vorzugsweise größer ist als sowohl die erste
Dicke A1 als auch die zweite Dicke A2. Es ist klar, dass in Abhängigkeit
von einem speziellen Design des Bandes und den gewünschten
Eigenschaften des Papiers die erste Dicke A1 gleich der zweiten
Dicke A2 oder – alternativ – unterschiedlich
davon sein kann.
-
Das
Harzgerippe 300 kann eine Vielfalt von Mustern haben: ein
kontinuierliches Muster, ein halb kontinuierliches Muster, ein diskretes
Muster oder eine Kombination derselben. Die 10, 11 und 13 zeigen
das Harzgerippe mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster.
Wie hier verwendet, soll ein Muster "im Wesentlichen" kontinuierlich sein, um anzugeben,
dass geringere Abweichungen von der absoluten Kontinuität toleriert
werden können,
solange diese Abweichungen das Verfahren der vorliegenden Erfindung
und die Leistungsfähigkeit und
die gewünschten
Qualitäten
des Endproduktes – des
Papiermacherbandes 90, nicht nachteilig beeinflussen. 9 zeigt
ein Beispiel eines halb kontinuierlichen Musters des Harzgerippes 300.
In einem halb kontinuierlichen Muster tritt die Kontinuität der Harzwulste
in wenigstens einer Richtung auf. Das allgemein übertragene US Patent 5,628,876,
veröffentlicht
am 13. Mai 1997 im Namen von Ayers et al., offenbart ein halb kontinuierliches
Muster des Gerippes 300. 10 zeigt
ein Beispiel des Gerippes 300, das auch eine Mehrzahl von
diskreten Protuberanzen 205 aufweist, die sich von dem
Verstärkungselement nach
außen
erstrecken. In 10 ist der diskontinuierliche
Bereich mit den Protuberanzen 205 des gesamten Musters
in Kombination mit dem kontinuierlichen Bereich, der die überlappenden
Harzwulste aufweist, gezeigt.
-
Verfahren
und Vorrichtung
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens umfasst ein erster Schritt das Bereitstellen einer
Formungsoberfläche 30.
Wie hier verwendet, ist die "Formungsoberfläche" eine Oberfläche, auf
welcher das Harzmaterial abgelagert wird, um das Harzgerippe 300 zu
bilden. In den in den 1, 2 und 14 gezeigten
Ausführungsformen umfasst
die Formungsoberfläche
die erste Oberfläche 51 des
Verstärkungselements 50.
In der in 17 gezeigten Ausführungsform
umfasst die Formungsoberfläche 30 eine
obere Oberfläche
eines Endlosbandes, das sich um Rollen 21 und 22 herum bewegt.
In den 1, 2 und 14 wird
die Formungsoberfläche 30 mit
dem Verstärkungselement 50 durch
ein endloses Trägerband 20 abgestützt. In 2 wird
das Trägerband 20 wiederum
durch ein endloses Zusatzband 30a (das sich um die Rollen 31 und 32 herum
bewegt) in der Formungszone des Harzgerippes abgestützt.
-
Wie
oben erläutert
wurde, ist das Verstärkungselement 50 ein
Substrat, das ein Vielfalt von unterschiedlichen Formen aufweisen
kann, wie beispielsweise einen Gewebestoff, einen Filz, ein Sieb, ein
Band etc. Eine detailliertere Beschreibung des Verstärkungselement 50,
insbesondere eines mit einem Gewebeelement, ist zu finden in dem
allgemein übertragenen
US Patent 5,275,700. Ungeachtet seiner speziellen Ausführungsform
hat das Verstärkungselement 50 eine
erste Seite 51 und eine zweite Seite 52. In dem
geformten Papiermacherband 90 ist die erste Seite 51 typischerweise
den Papier machenden Fasern während
des Papierherstellungsverfahrens zugewandt (und berührt in einigen
Fällen
dieselben), während
die zweite Seite 52 der Papiermachereinrichtung zugewandt
ist (und diese typischerweise berührt). Es sei jedoch angemerkt,
dass das Band 90 mit der ersten Seite 51 des Verstärkungselements 50 der
Papiermachereinrichtung zugewandt und die zweite Seite 52 des
Verstärkungselements 50 den
Papier machenden Fasern zugewandt sein kann, so wie dies unten in
ausreichendem Detail erläutert
werden wird. Wie hier verwendet, sind die erste Seite 51 und
die zweite Seite 52 des Verstärkungselements 50 fortlaufend
durch diese jeweiligen Namen bezeichnet, ungeachtet des Einbaus
(das heißt, vor,
während
und nach dem Einbau) des Verstärkungselements 50 in
das Papiermacherband 90. Ein Abstand zwischen der ersten
Seite 51 und der zweiten Seite 52 des Verstärkungselements 50 bildet
eine Dicke des Verstärkungselements,
die als "S" bezeichnet wird
(3 und 16). In dem bevorzugten kontinuierlichen
Verfahren der vorliegenden Erfindung bewegen sich die Formungsoberfläche 30 und/oder
das Verstärkungselement 50 kontinuierlich in
einer Maschinenrichtung, die in mehreren Figuren als "MD" angegeben ist. Die
Verwendung des Ausdrucks "Maschinenrichtung" ist hier gleichbedeutend mit
der üblichen
Verwendung des Ausdrucks in der Papierherstellung, wo sich der Ausdruck
auf eine Richtung bezieht, welche parallel zu dem Weg der Papierbahn
durch die Papiermachereinrichtung bezieht. Wie hier verwendet, ist
die "Maschinenrichtung" eine Richtung parallel
zu dem Weg des Verstärkungselements 50 während des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Es sei angemerkt, dass die
Maschinenrichtung ein relativer Ausdruck ist, der in Bezug auf die
Bewegung des Verstärkungselements 40 an
einem speziellen Punkt des Verfahrens definiert ist. Deshalb kann
die Maschinenrichtung sich mehrere Male während eines gegebenen Vorgangs
der vorliegenden Erfindung ändern
(und tut dies typischerweise auch). Wie hier verwendet, ist ein
Ausdruck "Quermaschinenrichtung" eine Richtung senkrecht zur
Maschinenrichtung und parallel zu einer allgemeinen Ebene des Papiermacherbandes,
das konstruiert wird. Die Formungsoberfläche 30 hat ferner eine
Längsrichtung
und eine Querrichtung. Wie hier verwendet, ist die Längsrichtung
eine Richtung, welche innerhalb des Bereichs von weniger als ±45° mit Bezug
zur Maschinenrichtung liegt, und ist die Querrichtung eine Richtung,
welche innerhalb des Bereichs von ±45° in Bezug zur Quermaschinenrichtung liegt.
-
In
mehreren Ausführungsformen
des bevorzugten kontinuierlichen Verfahrens, das schematisch in
den Zeichnungen gezeigt ist, bewegt/bewegen sich die Formungsoberfläche 30 und/oder
das Verstärkungselement 50 in
der Maschinenrichtung, vorzugsweise in einer Transportgeschwindigkeit.
Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, ist die Transportgeschwindigkeit
konstant. In den 1, 2 und 14 wird
die Formungsoberfläche 30 mit
dem Verstärkungselement 50 durch
Rollen 21 und 22 abgestützt. In Abhängigkeit von einer spezifischen
Ausführungsform
des Verfahrens kann das Verstärkungselement 50 in
Form eines Endloselementes vorgesehen sein. Vorzugsweise wird das Verstärkungselement 50 durch
eine Abstützung
für das
Verstärkungselement 20 gehalten,
welche in den 1, 2 und 14 in
Form eines Endlosbandes 20 gezeigt ist, das sich um die
Rollen 21 und 22 herum bewegt. Die primäre Funktion
der Abstützung 20 besteht
darin, das Verstärkungselement 50 in
der Zone zu halten, in welcher das Harzgerippe gebildet wird (das
heißt,
zwischen den Rollen 21 und 22), derart, dass das
Verstärkungselement 50 ein
ausreichend stabiles Querprofil hat. Die Abstützung 20 kann auch
eine Funktion des Abstützens
des Harzmaterials haben, das auf das Verstärkungselement 50 abgelagert
wird, um das Harzgerippe 300 bilden. Die zusätzliche
Formungsoberfläche 30a,
die oben erwähnt
wurde, kann verwendet werden, um eine zusätzliche Abstützung für das Harzmaterial
zu schaffen, das auf dem Verstärkungselement 50 abgelagert wird.
-
Der
nächste
Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst das Bereitstellen
wenigstens eines ersten extrudierbaren Harzmaterials 300a.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "extrudierbares Harzmaterial" auf eine breite
Vielfalt von polymeren Harzen und Kunststoffen, die unter bestimmten
Bedingungen und/oder für
eine bestimmte Zeitspanne einen fluiden oder flüssigen Zustand erreichen und
beibehalten können,
derart, dass das Harzmaterial mit einer Extrusionsdüse ausreichend auf
die Formungsoberfläche 30 extrudiert
werden kann und dann verfestigen kann, um das Gerippe 300 zu
bilden, wie dies hier vorstehend erläutert wurde. Das fließfähige Harzmaterial
der vorliegenden Erfindung kann ein Material aufweisen, ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus: Epoxys, Silicone, Urethane, Polystyrole, Polyolefine,
Polysulfide, Nylons, Butadiene und eine Kombination derselben.
-
Die
Beispiele des geeigneten flüssigen
Harzmaterials umfassen Silicone, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf "Smooth-Sil 900", "Smooth-Sil 905", "Smooth-Sil 910" und "Smooth-Sil 950". Die Beispiele des
geeigneten flüssigen
Harzmaterials umfassend Polyurethane enthalten, sind aber nicht
beschränkt
darauf: "CP-103
Supersoft", Formula
54-290 Soft", "PMC-121/20", "PL-25", "PMC-121/30", "BRUSH-ON 35", "PMC 121/40", "PL40",PMC-724", "PMC-744", PMC-121/50", "BRUSH-ON 50", "64-2 Clear Flex", "PMC-726",PMC-746", "A60", "PMC-770",PMC-780", "PMC-790". Alle die obigen beispielhaften
Materialien sind im Handel erhältlich von
Smooth-On, Inc., Easton, PA, 18042. Weitere Beispiele von flüssigem Harzmaterial
umfassen Multikomponentmaterialien, wie zum Beispiel ein flüssiger Zweikomponenten-Kunststoff "Smooth-Cast 300" und eine flüssige Gummiverbindung "Clear Flex 50", beide im Handel
erhältlich
von Smooth-On, Inc.
-
Lichtempfindliche
Harze können
auch als Harzmaterial verwendet werden. Die lichtempfindlichen Harze
sind üblicherweise
Polymere, die unter dem Einfluss einer Strahlung, typischerweise
einem ultravioletten (UV) Licht aushärten oder vernetzen.
-
Druckschriften,
die mehr Information von flüssigen
lichtempfindlichen Harzen enthalten, umfassen Green et al., "Photocross-Linkage
Resin Systems",
J. Macro-Sci. Revs
Macro Chem. C21 (2), 187-273 (1981-82); Bayer, "A Review of Ultraviolett Curing Technology", TAPPI Paper Synthetics
Conf. Proc., September 25-27, 1978, Seiten 167-172; und Schmidle "Ultraviolet Curable
Flexible Coatings",
J. aus Coated Fabrics, 8, 10-20 (Juli 1978). Besonders bevorzugte
flüssige
strahlungsempfindliche Harze sind enthalten in den Merigraph Reihen
von Harzen, hergestellt durch MacDermid, Inc. aus Waterbury, CT.
-
Die
Beispiele von wärmeempfindlichen
Harzen, welche das Harzmaterial der vorliegenden Erfindung umfassen
können,
umfassen, sind aber nicht beschränkt
darauf: eine Gruppe von thermoplastischen Elastomeren Hytrel® (wie
Hytrel® 4056,
Hytrel® 7246
und Hytrel® 8238);
und Nylon Zytel® (wie
Zytel® 101L
und Zytel® 132F),
im Handel erhältlich
von DuPont Corporation aus Wilmington, DE.
-
Vorzugsweise
wird das fließfähige Harzmaterial
in einer flüssigen
oder fluiden Form bereit gestellt. Die vorliegende Erfindung zieht
jedoch die Verwendung eines fließfähigen Harzmaterials in Betracht,
welches in einer festen Form bereit gestellt wird. Im letzteren
Fall wird ein zusätzlicher
Schritt des Fluidisierens des Harzmaterials benötigt.
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in Betracht gezogen, in welchen
das Harzmaterial eine chemisch aktive Komponente umfasst. Wie hier
verwendet, umfassen wenigstens zwei "chemisch aktive" Materialien solche Materialien, welche
in der Lage sind, zu vernetzen, wenn sie in Kontakt kommen oder
gemischt werden. Während einiger
chemisch aktive Materialien unter Umgebungsbedingungen vernetzen
können,
benötige
andere chemisch aktive Materialien einen Katalysator zum Vernetzen.
Der Fachmann des Standes der Technik wird erkennen, dass der Katalysator
eine Vielfalt von Bedingungen umfassen kann, wie zum Beispiel Temperatur,
Druck, Feuchtigkeit, Sauerstoff, etc. in Abhängigkeit von der spezifischen
Natur der chemisch aktiven Materialien, die sich gegenseitig berühren. Die
Beispiele chemisch aktiver Harzmaterialien, die verwendet werden
können
in der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf,
verschiedene Epoxyharze, wie zum Beispiel Epoxy SystemTM 2,
3, 5, 6 und 10, erhältlich von
Epoxy Systems, Inc. aus Jericho, Vermont.
-
Der
nächste
Schritt umfasst das Bereitstellen wenigstens einer Extrusionsdüse 100,
die so strukturiert ist, dass das Harzmaterial von dieser auf die
Formungsoberfläche 30 abgegeben
und extrudiert werden kann. Aus Gründen der Vereinfachung sind
zwei beispielhafte Extrusionsdüsen
in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt: eine erste Extrusionsdüse 100 und
eine zweite Extrusionsdüse 200.
Es ist jedoch klar, dass der Ausdruck "wenigstens eine Extrusionsdüse" eine gewünschte Vielzahl
der Extrusionsdüsen umfasst.
Eine Vielfalt von Extrusionsdüsen,
die im Stand der Technik bekannt sind, können in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. Die Beispiele der Extrusionsdüsen umfassen, sind aber nicht
beschränkt
darauf, solche, die offenbart sind in den folgenden US Patenten:
3,959,057, veröffentlicht
für Smith
am 25.05.1976; 4,050,867, veröffentlicht
für Ferrentino
et al. am 27.09.1977; 4,136,132, veröffentlicht für Poole
am 23.01.1979; 4,259,048, veröffentlicht
für Miani
am 31.03.1981; und 5,876,804, veröffentlicht für Kodama
et al. am 02.03.1999. Die bevorzugte Extrusionsdüse ist so strukturiert, dass
sie eine Mehrzahl von Harzwulste auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert.
-
Der
nächste
Schritt umfasst das Zuführen des
ersten Harzmaterials 300a in die Extrusionsdüse 100 und
das Extrudieren des Harzmaterials 300a daraus auf die Formungsoberfläche 30.
Die Extrusionsdüse
bzw. diese Düsen
sollten vorzugsweise für richtige
Bedingungen sorgen (wie beispielsweise Temperatur), um das fließfähige Harzmaterial
in einem fluiden extrudierbaren Zustand zu halten. Wie hier verwendet,
beziehen sich die Ausdrücke "fluid" und "flüssig" auf eine Bedingung,
auf einen Zustand oder eine Phase des Harzmaterials, in welchen
das Harzmaterial in der Lage ist, extrudiert zu werden, und welche
dem Harzmaterial erlaubt, auf der Formungsoberfläche 30 abgelagert
zu werden. Falls thermoplastische oder thermofixierende Harze als das
Harzmaterial verwendet werden, wird typischerweise eine Temperatur
leicht über
dem Schmelzpunkt des Harzmaterials erwünscht, um das Harz in einem
fluiden extrudierbaren Zustand zu halten. Das Harzmaterial wird
als auf oder oberhalb des "Schmelzpunkts" angesehen, wenn
das Harzmaterial sich vollständig
im fluiden Zustand befindet. Der Fachmann des Standes der Technik
wird erkennen, dass das Verfahren des Extrudierens des Harzmaterials
aus der Extrusionsdüse
oder aus solchen Düsen abhängig ist
von einer spezifischen Ausführungsform der
Extrusionsdüse
oder Düsen
und Kennzeichen des Harzmaterials.
-
Vorzugsweise
wird das Harzmaterial auf die Formungsoberfläche 30 in einem vorgewählten Muster
extrudiert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Muster gebildet werden, indem entweder die Formungsoberfläche 30 oder
die Extrusionsdüse 100 bewegt
wird. In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren bewegt sich
die Formungsoberfläche kontinuierlich
in der Maschinenrichtung MD in Transportgeschwindigkeit. Der Fachmann
wird das so verstehen, dass, falls die Extrusionsdüse 100 stationär ist (das
heißt,
sich nicht bewegt), das resultierende Muster des Harzmaterials,
das auf der Formungsoberfläche 30 abgelagert
wird, im Wesentlichen gerade Linien aufweist (nicht gezeigt). Falls
sich jedoch die Extrusionsdüse
oder die Düsen
relativ zu der Formungsoberfläche 30 bewegt/bewegen,
zum Beispiel in der Quermaschinenrichtung CD, wie dies in den 6–8 gezeigt
ist, wird der resultierende Geschwindigkeitsvektor V der kombinierten
Bewegung eine Komponente Vmd in Maschinenrichtung haben, welche
parallel zur Maschinenrichtung MD ist, und eine Komponente Vcd in
Quermaschinenrichtung, welche parallel zur Quermaschinenrichtung
CD ist (6A). Die 6, 7 und 8 zeigen
schematisch, fortschreitend das Verfahren zum Erzeugen einer Ausführungsform
des im Wesentlichen kontinuierlichen Harzgerippes 300.
Die erste Extrusionsdüse 100 und
die zweite Extrusionsdüse 200 bewegen sich
reziprok in der Quermaschinenrichtung CD und überbrücken einen vorbestimmten Abstand
in Quermaschinenrichtung (in der 6, 7, 8 als die
Breite der Formungsoberfläche 30 gezeigt,
die zwischen dem ersten Rand 31 und dem zweiten Rand 32 derselben
gebildet wird), während
sich die Formungsoberfläche 30 kontinuierlich
in der Maschinenrichtung MD bewegt. Das resultierende Muster der
Harzwulste, die auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert
sind, umfasst eine Mehrzahl von "diagonalen" Linien, die in einem
von 90° in
Bezug zur Maschinenrichtung unterschiedlichen Winkel angeordnet sind.
Wie der Fachmann ohne Weiteres wahrnehmen wird, wird der Winkel
durch Relativgeschwindigkeiten der Formungsoberfläche 30 und
der Extrusionsdüsen 100, 200 gebildet.
Die 6, 7 und 8 zeigen
schematisch beispielhafte Extrusionsdüsen 100, 200,
die jeweils mehrere Wulste des Harzmaterials bilden. Die Wulste,
welche durch die erste Extrusionsdüse 100 gebildet werden,
werden durch ein Symbol "}1" angegeben und die
Wulste, welche durch die zweite Extrusionsdüse 200 gebildet werden,
werden durch ein Symbol "}2" angegeben. Es ist jedoch
so zu verstehen, dass die Anzahl von Wulsten und ihre Querschnittsform
basierend auf die spezifischen Erfordernisse des Verfahrens und
dem resultierenden Harzgerippe 300 gewählt werden können. Es
sollte jedoch so verstanden sein, dass die Wulste }1, die durch
die erste Extrusionsdüse 100 gebildet wird,
in dem endgültigen
Harzgerippe 300 nicht einander benachbart angeordnet sein
müssen
und die Wulste }2 zwischen den Wulsten }1 zwischen gefügt sein
können.
-
Zum
Zwecke der Darstellung sind in den 6, 7 und 8 die
ersten und zweiten Extrusionsdüsen 100 und 200 mit
einem Suffix "a" am Beginn des Zyklus
(das heißt, "100a" bzw. "200a") und mit einem Suffix "b" am Ende des Zyklus (das heißt, "100b" bzw. "200b") bezeichnet. In 6 beginnt
die erste Extrusionsdüse 100 ihre
Bewegung in der Quermaschinenrichtung CD vom ersten Rand 31 zum
zweiten Rand 32 der Formungsoberfläche 30 und beginnt
die zweite Extrusionsdüse 200 ihre
Bewegung in der Quermaschinenrichtung CD vom zweiten Rand 32 der
Formungsoberfläche 30.
Die 6 zeigen schematisch ein teilweise geformtes Muster
des Harzgerippes 300 nach Beendigung des ersten Zyklusses
des Verfahrens. 7 zeigt schematisch die Formungsoberfläche 30 mit
einem teilweise geformten Muster des Harzgerippes 300 und stellen
der ersten und zweiten Extrusionsdüsen 100, 200 in
Bezug zu dem partiell geformten Muster. Es sollte verstanden sein,
dass die Bezeichnungen "die erste
Extrusionsdüse" und "die zweite Extrusionsdüse" nur zu beispielhaften
Zwecken dienen. In den 7 und 8 können die
erste und die zweite Extrusionsdüse 100, 200 leicht
als gegenseitig vertauscht optisch wahrgenommen werden. 8 zeigt die
erste und die zweite Extrusionsdüse 100, 200, wie
sich diese nahe dem Abschluss des zweiten Zyklusses des Verfahrens
in die entgegen gesetzten Richtungen bewegen.
-
Die
Formungsoberfläche 30 kann
sich stufenlos in der Maschinenrichtung bewegen, bis das gesamte
Muster des Harzgerippes 30 gebildet ist. Alternativ kann
die Bewegung der Formungsoberfläche 30 indiziert
sein. In der letzteren Ausführungsform kann
das Muster des Harzgerippes 300 in mehreren Zyklen gebildet
werden und kann das Harzmaterial auf den gleichen Bereichen in Maschinenrichtung
der Formungsoberfläche
in mehreren Zyklussen abgeschieden werden. Zum Beispiel kann die
Formungsoberfläche 30 nach
jedem Zyklus für
eine Zeitspanne angehalten werden, damit den Extrusionsdüsen erlaubt
wird, zurück
positioniert zu werden, falls dies notwendig ist. Es kann auch eine
Position der Formungsoberfläche 30 nach
jedem Zyklus eingestellt werden, und zwar in Abhängigkeit von einem speziellen
Muster des Harzgerippes 300, das gerade gemacht wird. Es
ist auch möglich,
die Richtung der Bewegung der Formungsoberfläche 30 zu variieren; zum
Beispiel bewegt sich während
des ersten Zyklusses die Formungsoberfläche 30 in der Maschinenrichtung
MD, wie dies oben erläutert
wurde (6), während
sich die Formungsoberfläche 30 während des
zweiten Zyklusses zurück
bewegt, das heißt,
in einer Richtung entgegen gesetzt zur Maschinenrichtung.
-
Die
letztere Ausführungsform
des Verfahrens ist nicht gezeigt, kann aber durch den Fachmann des
Standes der Technik leicht visualisiert werden (basierend auf den 7 und 8).
Zwischen den Zyklussen können
die Positionen der Extrusionsdüsen 100 und 200 bedarfsweise
eingestellt werden.
-
Die
Extrusionsdüsen 100, 200 können eine komplexe
Bewegung haben. Zum Beispiel kann sich wenigstens eine der Extrusionsdüsen 100, 200,
die in den 6, 7 und 8 gezeigt
sind, reziprok in der Maschinenrichtung MD bewegen, während sie sich
auch in der Quermaschinenrichtung CD bewegt. Die Frequenz und die
Amplitude der Bewegung in Maschinenrichtung ist vorzugsweise geringer
als die Frequenz und die Amplitude der Bewegung in Quermaschinenrichtung.
Das resultierende Muster des Harzgerippes 300 würde dann
eine Mehrzahl von Harzwulste mit einer Welligen Ausbildung umfassen. Die
Harzwulste können
sich in Abhängigkeit
von einem speziellen Muster des Harzgerippes 300 schneiden
oder nicht. Zwei Beispiele von Mustern, in welchen sich die Harzwulste
schneiden, sind in den 11 und 12 gezeigt,
in welchen die Harzwulste die Querausrichtung und eine Wellenkonfiguration haben.
In 11 haben benachbarte Harzwulste 110 eine
erste Querausrichtung (von unten links nach oben rechts). In 11 sind
die Wulste 110, während sie
die gleiche allgemeine Ausrichtung auf einem Makroniveau haben (das
heißt,
wenn das Harzgerippe 300 als Ganzes betrachtet wird), nicht
einander parallel auf Mikroniveau (das heißt, wenn sie in Bezug auf einen
einzelnen Umbiegungskanal 350 betrachtet werden). Eine
solche Ausführungsform
kann gebildet werden (mit Bezug auf das Verfahren, das im Prinzip
in den 6, 7 und 8 gezeigt
ist), indem zuerst – die
erste Gruppe von parallelen Wulsten 111, und dann – eine zweite
Gruppe von parallelen Wulsten 112 gebildet wird, wobei
die Wulste 111 und 112 einander abwechseln, das
heißt,
jede der Wulste 112 der zweiten Gruppe wird zwischen einem Paar
von Wulsten 111 der ersten Gruppe gebildet, wobei die Wulste 111 der
ersten Gruppe zu den Wulsten 112 der zweiten Gruppe auf
Mikroniveau nicht parallel sind. Basierend auf dem in den 6, 7 und 8 prinzipiell
gezeigten Verfahren kann der Fachmann des Standes der Technik erkennen,
dass die Wulste 111, 112 durch die Extrusionsdüsen mit
einer reziproken Bewegung in Maschinenrichtung gebildet werden können. In 12 sind
die benachbarten Harzwulste 110 mit einer ersten Querorientierung parallel
sowohl auf Makroniveau als auch auf Mikroniveau.
-
Die 4 und 5 zeigen
eine weitere Ausführungsform
des Verfahrens. In den 4 und 5 bewegen
sich die ersten und zweiten Extrusionsdüsen 100, 200 reziprok
in Quermaschinenrichtung CD, während
sich die Formungsoberfläche 30 in der
Maschinenrichtung MD bewegt. Das resultierende Muster des Harzgerippes 300 umfasst
eine Mehrzahl von Harzwulste, die im Wesentlichen in der Maschinenrichtung
MD orientiert sind und eine wellenförmige (oder "oszillierende") Konfiguration haben.
In Abhängigkeit
von der Relativgeschwindigkeit und der Amplitude der Extrusionsdüsen 100, 200 und
der Geschwindigkeit der Formungsoberfläche 30 kann eine Vielfalt
von Konfigurationen der Harzwulste gebildet werden. In beiden 4 und 5 berühren die
benachbarten Harzwulste einander an Kontaktpunkten 150,
wodurch ein im Wesentlichen kontinuierliches Harzgerippe 300 erzeugt
wird. Das resultierende Harzgerippe 300 umfasst eine Mehrzahl
von Umbiegungskanälen 350,
die zwischen den benachbarten Harzwulsten ausgebildet sind, und
die Kontaktpunkte 150 derselben. In 5 überlappen
die Harzwulste an Kontaktpunkten 150, wodurch die Super-Höcker 160 gebildet
werden, die oben diskutiert wurden.
-
Es
ist klar, dass die Ausführungsformen,
die schematisch in den 6, 7, 8 und 11, 12 dargestellt
sind, nur Beispiele einer umfangreichen und virtuell unbegrenzten
Vielfalt von möglichen
Anordnungen der relativen Bewegungen der Extrusionsdüse oder
Düsen und
der Formungsoberfläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind. Deshalb müssen
die hier gezeigten und beschriebenen Beispiele nicht als Beschränkungen
der vorliegenden Erfindung angesehen werden, sondern als grundlegende
Beispiele bevorzugter Ausführungsformen derselben.
Ausführungsformen,
in welchem die Harzwulste sich nicht berühren, wodurch ein halb kontinuierliches
Muster des Harzgerippes 300 gebildet wird, werden in der
vorliegenden Erfindung auch in Betracht gezogen.
-
Die
vorliegende Erfindung zieht auch die Verwendung wenigstens zwei
unterschiedlicher chemisch aktiver Harzmaterialien in Betracht,
wie sie oben definiert wurden. In diesem Fall extrudiert die erste
Extrusionsdüse 100 während des
Verfahrens die erste Mehrzahl von Harzwulste mit dem ersten chemisch
aktiven Material und extrudiert die zweite Extrusionsdüse 200 die
zweite Mehrzahl von Harzwulste mit dem zweiten chemisch aktiven
Material. Die erste und die zweite Mehrzahl der Harzwulste berühren einander,
wenn sie auf der Formungsoberfläche 30 abgelagert
werden. Bei Kontakt vernetzten das erste chemisch aktive Material
mit der ersten Mehrzahl der Wulste und das zweite chemisch aktive Material
mit der zweiten Mehrzahl der Wulste an den Kontaktpunkten. Es wird
angenommen, dass eine ausreichende sichere Verbindung somit zwischen der
ersten und zweiten Mehrzahl der Harzwulste gebildet werden könnte.
-
Der
nächste
Schritt umfasst das Veranlassen, dass sich das Harzgerippe 300 und
das Verstärkungselement 50 miteinander
verbinden. Es sollte klar sein, dass die Formungsoberfläche 30 durch
das Verstärkungselement 50 gebildet
werden kann oder nicht. In den Ausführungsformen des in den 1, 2 und 14 gezeigten
Verfahrens umfasst das Verstärkungselement 50 die
Formungsoberfläche 30. Anders
ausgedrückt,
wird in den 1, 2 und 14 die
Formungsoberfläche 30 durch
eine der ersten Seite 51 oder der zweiten Seite 52 des
Verstärkungselements 50 gebildet.
Alternativ umfasst in den in den 17 und 18 gezeigten
Ausführungsformen
das Verstärkungselement 50 ein
Element, das von der Formungsoberfläche 30 unabhängig ist.
In dem letzteren Fall ist die Oberflächenenergie der Formungsoberfläche 30 vorzugsweise
geringer als eine Oberflächenenergie
des Verstärkungselements 50.
Mehrere Wege existieren, um eine Oberflächenenergiedifferenz zwischen
der Formungsoberfläche 30 und
dem Verstärkungselement 50 zu
erzeugen. Ein Material, das in der Formungsoberfläche 30 vorhanden
ist, kann inhärent
eine relativ niedrige Oberflächenenergie
aufweisen oder kann so behandelt werden, dass seine Oberflächenenergie
gesenkt wird. Alternativ oder Zusätzlich kann die Formungsoberfläche 30 mit
einem Ablösemittel 60 (17)
vor dem Schritt des Ablagerns des Harzmaterials auf der Formungsoberfläche 30 behandelt
werden. Beispiele des Ablösemittels
umfassen, sind aber nicht beschränkt
darauf: "Ease ReleaseTM", "PermareleaseTM", "AqualeaseTM" und "ActileaseTM",
erhältlich von
Smooth-On, Inc. In 17 ist das Ablösemittel 60 schematisch
so dargestellt, dass dieses auf die Formungsoberfläche 30 aus
einer Quelle 65 aufgesprüht wird. Es ist jedoch klar,
dass das Ablösemittel 60 auch
auf die Formungsoberfläche 30 gebürstet oder
gewischt werden kann, wobei in diesen Fällen die Quelle 65 eine
Bürste,
eine Wanne oder andere geeignete Einrichtung des Standes der Technik
umfassen kann.
-
In
den Ausführungsformen,
in welchen das Verstärkungselement 50 die
Formungsoberfläche 30 umfasst,
kann der Schritt des Veranlassens, dass das Harzgerippe 300 und
das Verstärkungselement 50 miteinander
verbinden, fast simultan mit dem Schritt des Extrudierens des Harzmaterials
auf das Verstärkungselement 50 auftreten.
Das fluide Harzmaterial und das Verstärkungselement 50 können derart
gewählt
werden, dass das Harzmaterial in der Lage ist, wenigstens teilweise
in das Verstärkungselement 50 einzudringen,
wodurch es damit bei Verfestigung verbunden wird. Der Fachmann des
Standes der Technik wird erkennen, dass im letzteren Fall solche
Eigenschaften des extrudierbaren Harzmaterials, wie Viskosität/Fluidität, Oberflächenspannung, chemische
Reaktivität,
Temperatur und solche Qualitäten
des Verstärkungselements 30,
wie mikroskopische Geometrie und Oberflächenenergie, höchst relevant
sind.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann das Verstärkungselement 50 oder
wenigstens seine erste Oberfläche 51 mit
einem Haftmaterial 80 (1) behandelt
werden, bevor das Haftmaterial auf das Verstärkungselement 30 abgelagert
wird. Die geeigneten Haftmaterialien umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf
Kontaktzement, Cyanoacrylate, anaerobische Haftmittel, wie zum Beispiel
omniFIT und SICIMENT, erhältlich
von Chicago Glue Machine und Henkel Corporation, verschiedene Schmelzkleber,
wie ADVANTA, bei Feuchtigkeit aushärtende und bei UV aushärtende Silicone,
Expoxys, Urethane und eine Kombination derselben.
-
Das
Haftmittel 60 kann auf oder in das Verstärkungselement 50 auf-/eingebracht
werden, durch zum Beispiel ein Sprühen (1), Drucken
mit einer Printrolle (nicht gezeigt), Eintauchen des Verstärkungselements 50 in
das Bad mit dem Haftmittel (nicht gezeigt) oder durch irgendein
anderes geeignetes Mittel, das im Stand der Technik bekannt ist. Der
Schritt des Veranlassens, das das Harzgerippe 300 und das
Verstärkungselement 50 miteinander verbinden,
kann ein Kalandrieren des Verstärkungselement 50 in
Kombination mit dem Harzgerippe 300 umfassen, wobei die
Kalandriereinrichtung 40 am besten in 18 gezeigt
ist. Im letzteren Fall wird ein Schritt in höchstem Maße bevorzugt, der ein kontinuierliches
Bewegen der Formungsoberfläche 30 und des
Verstärkungselements 50 bei
einer Transportgeschwindigkeit umfasst, derart, dass wenigstens
ein Teil des Verstärkungselements 50 in
einer seitenweisen Beziehung mit wenigstens einem Teil des Harzgrippes 300,
das auf der Formungsoberfläche 30 ausgebildet
ist, liegt. Obwohl das Harzgerippe 300 noch fließfähig ist,
berührt
der Teil des Verstärkungselements 50,
der der Formungsoberfläche 30 zugewandt
ist, das Harzgerippe 300 für eine vorbestimmte Zeitspanne,
die ausreicht für
das Harzgerippe 300, um sich mit dem Verstärkungselement 30 zu
verbinden.
-
Die
Formungsoberfläche 30 kann
unter Verwendung einer Vielfalt von geeigneten Materialien hergestellt
werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Beispiele umfassen,
sind aber nicht beschränkt
darauf: Fluorkohlenstoffpolymere, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen
(oder PTFE, auch bekannt als Teflon®);
GoreTex®,
im Handel erhältlich von
W. L. Gore & Associates,
Inc. aus Newark, DE; mikroporöse
Materialien, im Handel erhältlich
von Millipore Corp. aus Bedford, MA; Mikroporbänder, hergestellt durch 3M
Corporation aus St. Paul, MN; verschiedene gesinterte Materialien,
wie beispielsweise Dynapore®, poröse Edelstahldrahtmaschenlaminate,
hergestellt durch Martin Kurtz & Co.,
Inc. aus Mineola, NY; und gesinterte Legierungen, erhältlich von
National Sintered Alloys, Inc., aus Clinton, CT; und gewebte Metalldrahttücher, erhältlich im
Handel von Haver & Boecker
aus Oelde, Germany und Haver Standard India Pvt. Ltd. (HAST) aus
Bombay, Indien.
-
Eine
Kalandriereinrichtung 40 kann verwendet werden, um den
Schritt des Veranlassens, dass das Harzgerippe 300 und
das Verstärkungselement 50 miteinander
verbindet, zu erleichtern, ungeachtet einer spezifischen Ausführungsform
der Formungsoberfläche 30.
Die 14 und 17 zeigen
schematisch die Kalandriereinrichtung 40 mit drei Paaren
nebeneinander angeordneten Kalandrierwalzen 41–41a, 42–42a und 43–43a.
Diese Anordnung kann in günstiger
Weise eine inkrementale diskrete Applikation eines Kalandrierdruckes
liefern, indem ein Spalt zwischen den Walzen 42–42a kleiner
ist als ein Spalt zwischen den Walzen 41–41a und
ein Spalt zwischen den Walzen 43–43a kleiner ist als
der Spalt zwischen den Walzen 42–42a.
-
Die
Ausführungsform
des in 18 gezeigten Harzgerippes 300 umfasst
die Super-Höcker 160, wie
oben diskutiert. 18 zeigt auch die Ausführungsform
eines Verfahrens, in welcher das Harzgerippe 300 und das
Verstärkungselement 50,
das sich in Kontakt damit befindet, zusammen zwischen den Walzen 51 und 52 in
dem Maße
zusammengedrückt werden,
dass das Verstärkungselement 50 nur
teilweise mit dem Harzgerippe 300 verbinden kann, das heißt, das
Verstärkungselement 50 verbindet
sich primär
an den Super-Höckern 160.
Anders ausgedrückt,
kann ein Spalt zwischen den Kalandrierwalzen 51 und 52 derart
gewählt
sein, dass das Verstärkungselement 50 und
das Harzgerippe 300 miteinander über die Super-Höcker 160 verbunden
werden, die mit dem Verstärkungselement 50 verbunden
sind. Der Rest des Harzgerippes 300 kann mit dem Verstärkungselement 50 verbunden
sein oder nicht. Die Vorteile des partiellen oder stellenweisen
Verbindens sind oben erläutert.
-
Eine
Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, das besonders günstig erscheint,
ist in den 15 und 16 schematisch dargestellt.
In 16 umfasst ein teilweise geformtes Harzgerippe
eine Mehrzahl von Harzwulste 110, 210, die auf
dem Verstärkungselement 50 und
quer darüber
angeordnet sind. Die Super-Höcker 160 sind an
den Kontaktpunkten 150 ausgebildet. Das Verstärkungselement 50,
das ein Gewebeelement umfasst, wird durch das Stützband 20 abgestützt, wie dies
oben erläutert
wurde. Wenn das teilweise ausgebildete Harzgerippe in Verbindung
mit dem Verstärkungselement
mit der Kalandriereinrichtung 40 (14) kalandriert
wird, werden die Harzwulste 110 unter dem Kalandrierdruck
in das Verstärkungselement 50 gedrückt, und
zwar in einem ausreichenden Maße,
um eine feste Verbindung zwischen dem Verstärkungselement 50 und
dem Harzgerippe zu bilden. Falls erwünscht, können die Harzwulste 110 in Abhängigkeit
von den relativen Abmessungen des Verstärkungselements 50 und
der Harzwulste durch die gesamte Dicke des Verstärkungselements 50 hindurch
gedrückt
werden, derart, dass sie das Stützband 20 berühren. In 16 sind
nur die Wulste 110 direkt mit dem Verstärkungselement 50 verbunden, während die
Wulste 210 dies nicht sind. Wie oben erläutert, soll
die Ausführung
des Bandes 90 den Vorteil liefern, dass ein hoher Freiheitsgrad
für das
Harzgerippe gegenüber
dem Verstärkungselement
möglich wird,
während
gleichzeitig eine sichere Verbindung zwischen beiden bereit gestellt
wird.
-
Der
nächste
Schritt umfasst das Verfestigen des Harzgerippes 300, das
mit dem Verstärkungselement 50 verbunden
ist. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Verfestigung" und Abwandlungen davon
auf ein Verfahren zum Verändern
eines Fluides in einen festen oder teilweise festen Zustand.
-
Typischerweise
umfasst die Verfestigung eine Phasenänderung von einer flüssigen Phase
zu einer festen Phase. Der Ausdruck "Aushärten" bezieht sich auf
eine Verfestigung, in welcher eine Vernetzung auftritt. Zum Beispiel
können
strahlungsempfindliche Harze durch UV-Strahlung ausgehärtet werden,
wie dies beschrieben ist in den allgemein übertragenen US Patenten 5,334,289;
5,275,700; 5,364,504; 5,098,522; 5,674,663 und 5,629,052. Die thermoplastischen
und thermofixierenden Harze erfordern eine bestimmte Temperatur
zur Verfestigung. Vorzugsweise umfasst der Schritt der Verfestigung das
Aushärten
des Harzmaterials.
-
Eine
Vorverfestigung des Harzmaterials kann bereits beginnen, unmittelbar
nachdem das fluide Harzmaterial auf die Formungsoberfläche 30 abgelagert
worden ist, um darauf das Harzgerippe zu bilden. Ein Verfahren zum
Verfestigen des Harzmaterials hängt
von seiner Natur ab. Falls ein thermoplastisches oder thermofixierendes
Harz verwendet wird, umfasst das Verfestigen ein Abkühlen des
Harzmaterials. Photopolymerharze können durch ein Aushärtungsverfahren
ausgehärtet
werden, das beschrieben ist in den allgemein übertragenen US Patenten 4,514,345
und 5,275,700, die oben angegeben wurden. Das Harzmaterial mit Mehrkomponentharzen oder
-kunststoffen kann in natürlicher
Weise während einer
bestimmten vorbestimmten Zeitspanne aufgrund ihrer Zusammenmischung
verfestigen. In einigen Ausführungsformen
kann die Verfestigung des Harzmaterials beginnen, direkt nachdem
das Harzmaterial auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert worden
ist. Ein Schritt der Vorverfestigung kann erforderlich sein, um
dem Harzgerippe 300, das auf der Formungsoberfläche 30 ausgebildet
ist, zu erlauben, seine Form während
des folgenden Schrittes ausreichend beizubehalten, in welchem das
Verstärkungselement 50 und
das Harzgerippe 300 miteinander in Verbindung gebracht
werden. Wie hier verwendet, bezieht sich "Vorverfestigung" auf eine partielle Verfestigung des
Harzmaterials, derart, dass das Harzmaterial in der Lage ist, die
gewünschte
Form ausreichend zurück
zu behalten, und noch weich genug ist, um mit dem Verstärkungselement 50 wirksam
verbunden zu werden. Ein Grad der Vorverfestigung hängt vom
Typ des Harzmaterials und seiner Viskosität ab, von der relativen Geometrie
der Harzwulste und dem Verstärkungselement 50, von
der Zeit, während
welcher der Schritt des Verbindens durchgeführt wird und von anderen relevanten
Parametern des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kommt eine Ausführungsform
in Betracht, in welcher das Harzgerippe 300, das auf der
Formungsoberfläche 30 ausgebildet
ist, sich derart vorverfestigt, dass die äußere Oberfläche des Harzgerippes 300 zuerst
verfestigt wird, während
der Rest des Harzmaterials sich noch in einem im Wesentlichen fluiden
Zustand befindet. Dann funktioniert die äußere Oberfläche des Harzgerippes 300,
welche wenigstens teilweise verfestigt ist, als ein Mantel für den Rest
des Harzgerippes 300, welcher noch wenigstens teilweise
fluid ist. Diese Ausführungsform
kann besonders günstig
sein in dem Verfahrens, welches das Verstärkungselement 50 mit
darin durchgehenden Lückenräumen verwendet,
wie beispielsweise ein gewebtes Verstärkungselement, das schematisch
in den 3, 9 und 11–18 gezeigt
ist. In dieser Ausführungsform
wird, wenn der Druck auf das teilweise verfestigte Harzgerippe 300 aufgebracht
wird, das Harzmaterial durch die Fäden wenigstens der ersten Seite 51 des
Verstärkungselements 50 hindurch "gedrückt", ohne die Form des
Harzgerippes 300 verbotenerweise zu deformieren, da der
teilweise verfestigte "Mantel" die Form des Harzgerippes 300 konserviert.
Typischerweise ist, obwohl nicht notwendigerweise, das Harzgerippe 300 nicht
nur an dem Verstärkungselement 50 angebracht,
sondern "wickelt" sich auch um strukturelle
Elemente des Verstärkungselements 50 herum
(wie beispielsweise um einzelne Fäden in einem gewebten Verstärkungselement 50),
um in adäquater
Weise auf diesen zu blockieren, wodurch wenigstens einige von diesen
teilweise umschlossen werden. Der Druck veranlasst das Harzmaterial,
zwischen die strukturellen Elemente des Verstärkungselement 50 einzudringen.
-
Als
ein Beispiel zeigen die 1, 2, 14 und 17 schematisch
die Aushärtevorrichtung 400,
die neben der Formungsoberfläche 30 angeordnet
ist. In Abhängigkeit
vom Typ des Harzmaterials umfassen die Beispiele der Aushärtevorrichtung 400,
sind aber nicht beschränkt
darauf: einen Heizer zum Erhöhen
von Vernetzungsreaktionsraten oder Kondensationsraten zum Kondensieren von
Polymeren; einen Kühler
zum Verfestigen von Thermo-Kunststoffen;
verschiedene Vorrichtungen, welche eine Infrarot-Aushärtestrahlung,
eine Mikrowellen-Aushärtestrahlung
oder eine Ultraviolett-Aushärtestrahlung
und dergleichen liefern. Die allgemein übertragene Patentanmeldung,
amtliches Aktenzeichen Nr. 08/799,852 unter der Bezeichnung "Apparatus für Generating
Parallel Radiation For Curing Photosensitive Resin", eingereicht im
Namen von Trokhan am 13. Februar 1997 und die allgemein übertragene
Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/858,334 unter der
Bezeichnung "Apparatus
for Generating Controlled Radiation For Curin Photosensitive Resin", eingereicht in
den Namen von Trokhan et al. am 13. Februar 1997 zeigen mehrere
Ausführungsformen
der Aushärtevorrichtung 400,
welche zum Verfestigen des Harzgerippes 300 verwendet werden
kann, das ein strahlungsempfindliches Harz aufweist. Die Aushärtevorrichtung 400 kann
auch für Vorverfestigungszwecke
verwendet werden, wie sie oben diskutiert wurden.
-
Optional
kann ein Schritt des Regulierens der Dicke des Bandes in dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Die Dicke des Harzgerippes 300 kann
durch die Kalandriereinrichtung 40 reguliert werden, die
oben erläutert
wurde. Die Dicke des gerade hergestellten Bandes 90 kann auf
einen vorgewählten
Wert reguliert werden, indem der dritte Abstand A3 (13)
gesteuert wird. Auch kann die Dicke des gerade hergestellten Bandes 90 durch
ein Steuern der Tiefe von Ausnehmungen Z (3) gesteuert
werden. Alternativ oder zusätzlich können solche
Mittel als rotierende Schleifwalze 50 (1)
und/oder ein Hobelmesser und/oder ein Laser oder ein anderes Mittel
des Standes der Technik für
den Zweck des Regulierens der Dicke des gerade hergestellten Bandes 90 verwendet
werden.
-
Das
Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verringern
signifikant die Menge des fließfähigen Harzes,
die zur Verwendung beim Konstruieren des Bandes 90 benötigt wird,
und die liefert somit einen wirtschaftlichen Vorteil. Die Verfahren
des Standes der Technik zum Herstellen des Bandes unter Verwendung
eines strahlungsempfindlichen Harzes und eine Aushärtungsstrahlung
erfordern die Aufbringung einer Beschichtung des strahlungsempfindlichen
Harzes auf das Verstärkungselement,
ein Aushärten
ausgewählter
Bereiche der Harzbeschichtung und dann ein Entfernen (typischerweise
Auswaschen) ungehärteter
Bereiche der Harzbeschichtung. Die Menge des ausgewaschenen Harzes
kann bis zu 75% in Bezug zu der Menge der gesamten Harzbeschichtung
betragen. In der vorliegenden Erfindung kann die exakte Menge des
Harzmaterials, die für
das Harzgerippe 300 benötigt
wird, auf der Formungsoberfläche 30 ausgebildet
werden. Ferner erlaubt das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung einem, eine virtuell unbegrenzte Anzahl von Mustern des
Harzgerippes 300 zu erzeugen.