DE60309148T2

DE60309148T2 - Schweissnaht geringer Ausdehnung

Info

Publication number: DE60309148T2
Application number: DE60309148T
Authority: DE
Inventors: Martin Hottner
Original assignee: WL Gore and Associates GmbH
Current assignee: WL Gore and Associates GmbH
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2023-06-28
Also published as: ATE342674T1; WO2005000055A1; EP1714566A3; US20060165939A1; CN1802104A; JP2009513835A; DE60309148D1; CN100508805C; KR101097576B1; EP1714567A3; EP1491105A1; EP1714567A2; KR20060023557A; EP1491105B1; ES2274143T3; EP1714566A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung einer wasserdichten Naht zwischen benachbarten Stücken wasserdichter, wasserdampfdurchlässiger Laminate zum Beispiel bei der Konstruktion von leistungsstarken wasserdichten, wasserdampfdurchlässigen Kleidungsstücken, Handschuhen, Schuhen usw. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von wasserdichten dünnen Nähten mit sehr kleinen Abmessungen. Ferner ermöglicht die Erfindung kontinuierliche gekrümmte Schweißnähte.
Wasserdichte, wasserdampfdurchlässige Stoffe und Kleidungsstücke, die daraus gefertigt werden, sind im Stand der Technik gut bekannt. Solche Kleidungsstücke kombinieren Wasserdichtigkeit mit Atmungsaktivität, wodurch Wasserdampf, der von dem Träger erzeugt wird, durch das Kleidungsstück austreten kann und das Kleidungsstück für den Träger komfortabel gemacht wird.
Eine Anzahl wasserdichter, wasserdampfdurchlässiger Materialien (hierin als die "Funktionsschicht" bezeichnet) sind im Stand der Technik bekannt. Sehr oft werden diese Funktionsschichten auf eine oder mehrere Textilschichten laminiert. Während das Laminat selbst wasserdicht ist, stellt die Herstellung und Abdichtung von Nähten, die zwischen benachbarten Stücken von Funktionsschichten oder aus Laminatmaterial hergestellt werden, ein besonderes Problem dar. Herkömmlicherweise werden solche Nähte durch Nähen des Materials und nachfolgendes Abdecken der Naht mit Nahtabdichtband hergestellt, das an dem Stoff auf beiden Seiten der Naht selbst befestigt ist. Diese Technik erzeugt sehr dicke Nähte (eine Schicht über der anderen Schicht), die nicht wasserdicht sind, da der Klebstoff des Nahtabdichtbandes nicht dazu fähig ist, jedes Garn des Stoffs in einer wasserdichten Weise einzukapseln.
Eine andere Technik zum Bilden einer wasserdichten Naht ist das Verschweißen von mindestens zwei synthetischen Materialien miteinander. Schweißnähte sind im Stand der Technik bekannt. Eine Art von Schweißnaht ist in WO 99/16620 offenbart und in 1 dargestellt. Das Verfahren in WO 99/16620 betrifft das Überlappen der Stoffstücke und das Aneinanderbinden davon durch die Anwendung von Wärme und Druck. Solche Schweißnähte sind nachteilig, da die Schnittkante mindestens eines der Stoffstücke an der Außenseite der Konstruktion, wie eines Kleidungsstücks, immer sichtbar ist, was aus ästhetischen Gründen und Modegründen unerwünscht ist. Auch unerwünscht ist die sichtbare Schweißbahn auf der Außenseite. Ein weiteres Problem ist das Ausfransen der Stoffkanten selbst. Schließlich verursacht die Verbindungsstelle von Nähten eine Anhäufung von sogar mehr als zwei Schichten, die mit festen Prozesseinstellungen schwierig abzudichten sind. Sehr oft führt dies zu verbrannten oder undichten Nahtverbindungsstellen.
US 4,938,817 beschreibt eine gebundene Nahtkonstruktion von synthetischen Spinnvlies-Polyolefinstoffen für Reinraumkleidungsstücke. Solch eine Naht ist in 2 dargestellt. Die Nähte, die gemäß der Lehre dieser Patentschrift hergestellt werden, sind relativ steif und folglich für den Träger unbequem. Darüber hinaus ist die Schweißbahn auf der Außenseite sichtbar, was aus ästhetischen Gründen und Modegründen unerwünscht ist. Ein weiteres Problem ist, dass in Nahtverbindungsstellen die Anzahl von Stoffschichten, welche die Naht bilden, zunimmt und die Verbindungsstelle steif und für den Träger unbequem macht.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass die Kanten der wasserdichten, wasserdampfdurchlässigen Laminate mittels eines Verfahrens miteinander verbunden werden, das gemäß WO 02/24015 A1 und gemäß 3 beschrieben ist. Die Naht wird durch Binden der Oberflächen von Polyurethanmembranen aneinander und durch Schmelzen gebildet. Solche Nähte sind für Modekleidungsstücke unerwünscht, da die Polyurethanmembranschicht die Außenseite des Laminats und somit die Außenseite eines Kleidungsstücks bildet. Ein weiteres Problem ist die schlechte Nahtfestigkeit, da sich die Schälkräfte auf die Nahtausrichtung entlang der Nahtlinie richten. In Nahtverbindungsstellen gibt es ferner eine Schichtung oder eine Anhäufung von Laminatschichten, die zu dicken und steifen Nahtverbindungsstellen führen. Solche mehrschichtigen Nahtverbindungsstellen sind oft nicht wasserdicht. Darüber hinaus können die Kantenbereiche um die Naht ausfransen.
EP 0 410 292 A2 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen starker Nähte in wasserfesten Einsätzen zum Füttern von Kleidungsgegenständen. Hier wird das Problem angesprochen, dass Nähte potenzielle Stellen für das Eindringen von Wasser sowie überdimensioniert sind und mechanische Schwachpunkte sind. Das Problem wird durch einen Prozess überwunden, wobei eine wasserdichte Membran (die mit einem hydrophilen Polymer beschichtet ist) an ein Textilgewebe laminiert wird. Das Zusammenfügen wird erreicht, indem ein diskontinuierlicher Klebstoff eines Thermoplastpolymers benutzt wird. Die Laminate werden derart übereinander gelegt, dass sich das Textilmaterial in einer benachbarten, aneinandergrenzenden Beziehung befindet, und dann durch den Klebstoff verbunden. Auch hier sind die Nähte dick und steif und somit unbequem.
EP 0721 745 A2 betrifft luftdichte Nähte in Reinraumkleidungsstücken, die nicht wasserdicht sein müssen. Die zwei Teile eines Reinraumkleidungsstücks, die aus synthetischen Textilien hergestellt sind, werden übereinander gelegt und durch Wärme gebunden. 3E zeigt die Anwendung eines Forcierungsteils auf die zwei gebundenen Textilteile, wodurch die Kanten neu ausgerichtet werden. Wieder werden durch dieses Verfahren dicke, steife Nähte erzeugt, die aufgrund der Forcierungsschicht unästhetisch sind.
Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einer wasserdichten, alterungsbeständigen und flexiblen wasserdichten Naht, die auf der Außenseite einer Konstruktion, zum Beispiel eines Kleidungsstücks nicht sichtbar und dünn und komfortabel ist und für harte Endverwendungen und eng sitzende Anwendungen geeignet ist und gleichzeitig ästhetisch angenehm ist und keine ausgefransten Kanten aufweist.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Komfort von Nähten in Kleidungsstücken zu verbessern, die aus wasserdichten Textillaminaten hergestellt sind.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Breite von Nähten in Kleidungsstücken zu reduzieren, die aus wasserdichten Textillaminaten hergestellt sind.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, langlebige, alterungsbeständige Nähte in Kleidungsstücken herzustellen, die aus wasserdichten Textillaminaten gefertigt sind.
Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, Nähte bereitzustellen, die sowohl stark als auch flexibel sind.
Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, Nähte bereitzustellen, die in die Querrichtungen (Quernahtrichtungen) stark sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Textillaminat bereitzustellen, in dem wasserdichte Nähte aus dem ursprünglichen Textilmaterial des Laminats ausgebildet werden können.
Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, eine wasserdichte Naht zwischen den Kanten von mindestens zwei wasserdichten und wasserdampfdurchlässigen Textillaminaten mit einer Textilschicht an der Außenseite bereitzustellen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Naht bereitzustellen, die an der Außenseite einer Konstruktion, die aus wasserdichten Textillaminaten hergestellt ist, nicht sichtbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Nahtverbindungsstellen ohne eine Schichtung der betreffenden Textillaminatschichten bereitzustellen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Naht bereitzustellen, wobei die Kanten der Naht vor Ausfransen weitgehend geschützt sind.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch Bereitstellen einer wasserdichten Schweißnaht gelöst, die in einem Kantenbereich zwischen mindestens zwei Textillaminaten ausgebildet ist, wobei die Kanten der Laminate in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung zueinander ausgerichtet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Benutzung von Textillaminaten, die Zweikomponentenmaterialien enthalten. Solche Zweikomponentenmaterialien weisen eine erste thermoplastische Komponente, die bei einer höheren Temperatur schmilzt, und eine zweite thermoplastische Komponente auf, die bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt. Zweikomponentenmaterialien sind in den Patentveröffentlichungen WO 99/16616 und WO 99/16620 (W.L.Gore & Associates Inc.) beschrieben.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine wasserdichte Schweißnaht bereit, die in einem Kantenbereich einer Kombination mindestens eines ersten Laminats mit einer ersten Kante und eines zweiten Laminats mit einer zweiten Kante ausgebildet ist; jedes der Laminate weist eine wasserdichte Funktionsschicht und mindestens eine Textilschicht auf, die an die Funktionsschicht laminiert ist, wobei die Textilschicht aus Garnen hergestellt ist, die wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen, wobei die erste Komponente gegenüber einer ersten Temperatur stabil ist und die zweite Komponente bei einer zweiten Temperatur schmilzt, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und wobei die Naht durch die geschmolzene zweite Komponente und die nicht geschmolzene erste Komponente der Textilschicht jedes Laminats ausgebildet ist und die erste Kante zu der zweiten Kante in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung ausgerichtet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Zusammenfügen von wenigstens zwei Stücken eines wasserdichten Laminats durch Ausbilden einer wasserdichten Schweißnaht, wobei das Verfahren Folgendes aufweist

a) Bereitstellen von wenigstens zwei wasserdichten Laminaten, wobei jedes dieser Laminate wenigstens eine wasserdichte Funktionsschicht, die an eine Textilschicht laminiert ist, aufweist, wobei die Textilschicht aus Garnen hergestellt ist, die wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen, wobei die erste Komponente gegenüber einer ersten Temperatur stabil ist und die zweite Komponente bei einer zweiten Temperatur schmilzt, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und jedes der Laminate wenigstens eine Kante aufweist;
b) Nebeneinanderlegen der wenigstens zwei Laminate dergestalt, dass die Textilschichten einander berühren und wenigstens eine der Kanten eines der Laminate auf wenigstens eine der Kanten wenigstens eines anderen Laminats ausgerichtet ist, so dass ein Kantenbereich entsteht;
c) Verschweißen und Zusammendrücken des Kantenbereichs bei einer Temperatur innerhalb des Schmelzbereichs der zweiten Komponente und unterhalb der ersten Temperatur, dergestalt, dass die zweite Komponente schmilzt und eine Naht zwischen den Stücken bildet;
d) Abschneiden der Nahttoleranz; und
e) Verschweißen und Zusammendrücken der Naht dergestalt, dass die ausgerichteten Kanten der Laminate in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung neu ausgerichtet werden.

Vorzugsweise finden Schritt c) und Schritt d) gleichzeitig statt.
In einer Ausführungsform finden Schritt c) und Schritt e) bei der gleichen Temperatur statt. In einer anderen Ausführungsform ist die Temperatur, bei welcher Schritt c) ausgeführt wird, eine andere als die Temperatur, bei welcher Schritt e) ausgeführt wird. In einer Ausführungsform werden die Verschweißschritte mit Hilfe von Ultraschallenergie ausgeführt, um die zweite Komponente zu erwärmen. Vorzugsweise sind der Verschweiß- und Zusammendrückschritt kontinuierliche Prozesse mit Hilfe eines Horns und eines Drehambosses. Dies führt zu einer konstanten Verteilung der Temperatur und des Drucks in dem Kantenbereich und führt somit zu einer konstanten Schweißnaht.
Eine Schweißnaht zwischen mindestens zwei Stücken eines wasserdichten Laminats wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 erhalten.
Die Erfindung betrifft wasserdichte Konstruktionen wie Kleidungsstücke, Biwacktaschen, Schutzunterkünfte (einschließlich Zelte) usw., welche solche Schweißnähte aufweisen, und betrifft auch Verfahren zum Abdichten von Nähten.
Die Erfindung betrifft auch einen Gegenstand, der mehrere Stücke eines wasserdichten Laminats aufweist und mindestens eine Schweißnaht zwischen mindestens zwei der Stücke aufweist, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun entdeckt worden, dass die Ausrichtung einer Schweißnaht in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung zu einer flachen und flexiblen Naht zwischen den Laminatkanten führt. Die erfinderische Naht verbessert den Komfort eines Kleidungsstücks, da die Nahtdicke nicht größer als die Laminatdicke ist. Die Kante an Kante aneinanderstoßende Ausrichtung der Schweißnaht verhindert auch eine Schichtung der betreffenden Laminatstücke in Nahtverbindungsstellen, weshalb jede Nahtverbindungsstelle weicher und dünner ist als in der Vergangenheit. Dies führt zu einer wesentlichen Einheitsdicke der erfinderischen Schweißnähte und der Schweißnahtverbindungsstellen. Dies führt zu einer Reduzierung der Herstellungskomplexität der Nähte, da die Schweißparameter der Schweißausrüstung für die Nähte und für die Nahtverbindungsstellen die gleichen sind.
Sowohl die erste als auch die zweite Komponente der Textilschicht sind an der erfinderischen Schweißnaht beteiligt. Die zweite Komponente schmilzt und stellt ein Abdichtungsmaterial zum Zusammenfügen der Laminatkanten aneinander bereit. Darüber hinaus kapselt die geschmolzene zweite Komponente die erste Komponente und die Funktionsschicht ein, während die erste Komponente und die Funktionsschicht stabil bleiben. Aus diesem Grund stellt die zweite Komponente die wasserdichte Sperre bereit und die erste Komponente stellt der Kante an Kante aneinanderstoßenden Naht Struktur und Festigkeit bereit.
Die Schritte des Verschweißens und Zusammendrückens führen zu einer Neuausrichtung der Laminatkanten der Schweißnaht in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung. Dies führt zu einer Reduzierung des Nahtvolumens, wodurch die Steifheit der Naht verringert und der Komfort für den Träger erhöht wird. Die Schritte des Verschweißens und Zusammendrückens führen ferner dazu, dass die Schweißnaht und die Laminatkanten auf der Außenseite der Kombination nicht sichtbar sind, weshalb ermöglicht wird, dass die Kombination in einer ästhetisch angenehmen Weise hergestellt werden kann. Darüber hinaus sind die Kanten von der geschmolzenen zweiten Komponente eingeschlossen, so dass sie vor Ausfransen weitgehend geschützt sind.
Die erfinderischen Schweißnähte sind stark und flexibel, wie durch die nachfolgende Instron-Prüfung gezeigt wird. Die Neuausrichtung der Kanten in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung führt zu einer starken Struktur innerhalb der Naht, da die Schälbelastung über den gesamten Querschnitt der Naht verteilt wird.
Die zweite Komponente der Textilschicht des Laminats ist ein Material mit einer niedrigen Schmelztemperatur und schmilzt vorzugsweise bei einer zweiten Temperatur im Bereich von 160 °C bis 230 °C. Die erste Komponente ist ein stabiles Material, das heißt, bei einer hohen Temperatur schmilzt es nicht und löst sich auch nicht anderweitig auf. Vorzugsweise ist die erste Komponente bezüglich einer ersten Temperatur von mindestens 180 °C stabil, das heißt, sie schmilzt nicht bei einer Temperatur unter 180 °C. Zur Bildung einer betriebssicheren Naht beträgt der Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur vorzugsweise mindestens 20 °C. Aus diesem Grund müssen die erste und die zweite Komponente in Abhängigkeit ihrer individuellen Schmelzpunkte ausgewählt werden, so dass der Schmelzpunkt der ersten Komponente immer höher ist als der Schmelzpunkt der zweiten Komponente.
Die erste Komponente ist im Allgemeinen ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren, die Zellulose; Proteinfasern, einschließlich Wolle und Seide; Polyolefine mit hohem Schmelzpunkt, Polyester, Copolyester, Polyamid oder Copolyamid aufweisen. Vorzugsweise ist die erste Komponente ein Polyamid wie Polyamid 6.6 (Nylon).
Die zweite Komponente in der zweiten Schicht ist ein Thermoplastmaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Thermoplastkunststoffen mit niedrigem Schmelzpunkt, die Copolyester, Polyamid, Copolyamid und Polyolefine wie Polypropylen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Komponente ein Polyolefin wie Polypropylen. Vorzugsweise ist die zweite Komponente ein Polyamid wie Polyamid 6.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung setzt Polyamid 6.6 als die erste Komponente (Schmelzpunkt um 255 °C) und Polypropylen (Schmelzpunkt um 160 °C) als die zweite Komponente ein.
Die Textilschicht (im Allgemeinen die äußere Schicht) ist aus mehreren Garnen in Form von Strängen, Filamenten, Fäden oder Fasern zusammengesetzt. Darüber hinaus ist die Schicht eine gewirkte, gewobene oder Vlies-Textilschicht.
Das Garn in der Textilschicht ist in einer Ausführungsform eine Verbundfaser, welche die erste Komponente und die zweite Komponente aufweist. Eine Verbundfaser mit zwei Komponenten wird manchmal als eine „Zweikomponenten"-Faser bezeichnet. Geeignete Zweikomponentenfasern zum Gebrauch in der Erfindung weisen eine exzentrische Mantel-Kern-Konfiguration, eine konzentrische Mantel-Kern-Konfiguration, wobei die zweite Komponente die Abdeckung bildet, eine „Insel-im-Meer"-Konfiguration, eine Keil-Kern-Konfiguration, eine Keilkonfiguration oder eine "Seite-an-Seite"-Konfiguration auf. Jedoch wird in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Mischung von miteinander vermischten diskreten Fasern oder Filamenten benutzt, wobei eine Faser aus der ersten Komponente gebildet wird und die andere Faser aus der zweiten Komponente gebildet wird.
Falls notwendig, können mehr als zwei Komponenten benutzt werden, wobei jede einen anderen Schmelzpunkt aufweist.
Die erste Schicht (Funktionsschicht) des Laminats kann eine Membran oder eine Folie sein. Sie kann ausgewählt sein aus der Gruppe von Materialien, bestehend aus Polyestern, Polyamiden, Polyketonen, Polysulfonen, Polycarbonaten, Fluorpolymeren, Polyacrylaten, Copolyetherestern, Copolyetheramiden, Polyurethanen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen oder Polyolefinen. Vorzugsweise ist die erste Schicht aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) gebildet. Expandiertes Polytetrafluorethylen ist dafür bekannt, sehr wasserdicht und atmungsaktiv zu sein. Das ePTFE kann in bekannter Weise mit einer Beschichtung eines hydrophilen Polymers bereitgestellt werden. Solche Laminate können eine Wasserdampf-Übertragungsgeschwindigkeit von mehr als 1500 g/m²/Tag (insbesondere mehr als 3000 g/m²/Tag) und einen Wassereindringdruck von mehr als 0,13 bar bereitstellen.
Als Alternative kann die wasserdichte, wasserdampfdurchlässige Schicht durch ein monolithisches Blatt eines wasserdampfdurchlässigen Polymers oder durch eine Beschichtung des Polymers auf ein flexibles Substrat (zum Beispiel ein gewebtes oder gewirktes Substrat) gebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nähte, die zwischen den Laminaten der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, wasserdicht genug, so dass sie dazu fähig sind, einem Wassereindringdruck von mindestens 0,07 bar, vorzugsweise mindestens 0,13 bar und am meisten bevorzugt mindestens 0,2 bar gemäß der hierin beschriebenen Suter-Prüfung standzuhalten.
Normalerweise sollen die Nähte gegen das Durchlassen von flüssigem Wasser beständig sein. Sie können jedoch durch eine geeignete Auswahl von Materialien und Klebstoffen gegen das Durchlassen von Dämpfen von Chemikalien wie NH₃, HCl, H₂S, SO₂ und organischen Substanzen resistent sein.
Die Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch mindestens eine Verstärkung verstärkt werden. Mögliche Verstärkungen sind wasserdichte Bänder, Fäden in einem Zickzack- oder Doppelstichmuster oder wasserdichte Textillaminate. Bevorzugte Verstärkungen sind teilweise schmelzbare Fäden oder dünne Nahtbänder. Die teilweise schmelzbaren Fäden weisen mindestens eine Komponente auf, die bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 230 °C schmilzt. Die Verstärkungen können die Nahtstärke oder die Wasserdichte der Naht verbessern. Basierend auf der verringerten Breite der erfinderischen Naht weisen die Verstärkungen sehr kleine Abmessungen auf, weshalb die Naht mit Verstärkungen immer noch weich und flexibel ist.
Die erfinderische Naht weist eine Nahtdicke auf, die der Laminatdicke entspricht. In einer Ausführungsform weisen jedes der Laminate und die Schweißnaht eine maximale Dicke von 0,3 μm auf. In einer weiteren Ausführungsform weist jedes der Laminate eine Laminatdicke von 0,9 μm auf und die Schweißnaht weist eine Nahtdicke von 0,9 μm auf.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schweißnaht nicht geradlinig und bildet gekrümmte Nähte. Gekrümmte Nähte können in einem kontinuierlichen Schweißprozess hergestellt werden und werden bei Modekleidungsstückgestaltungen bevorzugt.
Darüber hinaus liegt die Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung in Form mindestens einer Krümmung vor, um eine dreidimensionale Konstruktion zu bilden. Solch eine Krümmungsform begünstigt die Bildung zum Beispiel des Schulterbereichs eines Kleidungsstücks.
Die Erfindung wird nun im Gegensatz zum Stand der Technik und in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 schematisch eine flache Schweißnaht darstellt, die im Stand der Technik offenbart ist;
2 schematisch einen zusätzlichen Typ einer herkömmlichen Schweißnaht gemäß dem Stand der Technik darstellt;
3 eine herkömmliche Schweißnaht gemäß dem Stand der Technik darstellt, die durch das Aneinanderbinden von Oberflächen von Polyurethanmembranen durch Schmelzen gebildet ist;
4 eine Querschnittsansicht eines Zweikomponentenlaminats ist, das zum Bilden einer Naht gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
5a bis 5e schematisch die Schritte bei der Bildung der Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
6 eine T-Verbindungsstelle zwischen drei Schichten wasserdichter Laminate darstellt, die eine Zweikomponenten-Textilschicht aufweisen;
7 eine Querschnittsansicht der T-Verbindungsstelle gemäß 6 ist;
8 eine Querschnittsansicht der Schweißnaht gemäß der Erfindung mit einem Verstärkungsband an der Innenseite der Schweißnaht ist;
9 eine Querschnittsansicht der Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Verstärkung in Form eines Zweikomponentenfadens über der Innenseite der Schweißnaht ist;
10 ein erstes und ein zweites Zweikomponentenlaminat in einer gekrümmten vorgeschnittenen Form darstellt, um eine gekrümmte Schweißnaht zu bilden;
11 schematisch eine gekrümmte Kante an Kante Schweißnaht zwischen den Zweikomponentenlaminaten darstellt;
12 die Schweißnaht gemäß der Erfindung mit einer Krümmung darstellt;
13 die gekrümmte Schweißnaht gemäß 8 zeigt, nachdem das Innere nach außen gekehrt worden ist;
14 ein Kleidungsstück zeigt, das Kante an Kante Nähte und gekrümmte Kante an Kante Nähte gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
15 ein mikroskopisches Bild einer Ausführungsform der Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
16 ein mikroskopisches Bild einer zweiten Ausführungsform der Schweißnaht in einer nicht abgeflachten Struktur darstellt;
17 ein mikroskopisches Bild einer zweiten Ausführungsform der Schweißnaht in einer abgeflachten Struktur darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Die 1 bis 3 zeigen herkömmliche Schweißnähte entsprechend dem Stand der Technik.
1 stellt eine herkömmliche Schweißnaht dar, die zwischen zwei Schichten eines wasserdichten Textillaminats 210a, 210b ausgebildet ist. Die Kante 220a einer ersten Laminatschicht 210a wird auf die oberste Kante 220b einer zweiten Laminatschicht 210b gelegt und mit Hilfe von Wärme und Druck verschweißt. Die Kanten 220a, 220b werden erwärmt und zusammengedrückt, um eine Bindung zwischen den Kanten zu schweißen.
Ein Problem bei dieser herkömmlichen Naht ist, dass die Kantenlinie 230 der zweiten Laminatschicht 210b an der Außenseite der Konstruktion sichtbar ist. Die Schweißbahn 240 ist an der Außenseite ebenfalls sichtbar. Dies bedeutet ästhetische Einschränkungen in einem Kleidungsstück. Außerdem stellen die Kanten 220a, 220b einen begrenzten Schutz vor Ausfransen bereit, weil die Kanten selbst keinerlei Schutz aufweisen.
2 stellt einen alternativen Typ einer herkömmlichen Schweißnaht zwischen den Textillaminatschichten 210a, 210b dar. Die erste Laminatschicht 210a ist über der zweiten Laminatschicht 210b gestapelt, wobei ihre Kanten 220a, 220b zueinander ausgerichtet sind. Die Naht verläuft entlang der Länge der übereinander liegenden Kanten und bildet einen Streifen 250, welcher eine Nahtlinie definiert. Die Bildung dieser Naht kann durch Anwendung von Wärme und Druck entlang des Streifens 250 ausgeführt werden, wobei Wärme kontinuierlich in Form von Ultraschallenergie aufgebracht wird. Der Streifen 250 ist gegen eine benachbarte Oberfläche der zweiten Laminatschicht 210b flach gefaltet und Wärme und Druck werden auf den gefalteten Streifen 250 und die zweite Laminatschicht 210b aufge bracht, gegen welche der Streifen 250 gefaltet ist. Solch eine Schweißnaht hat die Nachteile, dass die Schweißbahn 240 an der Außenseite sichtbar ist und dass die Nahtdicke hoch ist. Insbesondere bei Nahtverbindungsstellen besteht das Problem, dass die Anzahl von Schichten zunimmt, welche die Naht bilden. Zum Beispiel müssen in einer T-Verbindungsstelle fünf Schichten von Laminatstücken miteinander verschweißt werden. Außerdem weisen die Kanten 220a, 220b der Laminate einen begrenzten Ausfransschutz auf.
3 zeigt eine Schweißnaht, die durch das Aneinanderbinden von Oberflächen von Polyurethanmembranen 260a, 260b durch Verschmelzen gebildet wird. Ein Typ solch einer Naht ist in WO 02/24015 offenbart. Die Naht ist eine längs verschweißte Verbindungsstelle zwischen den zwei Kantenabschnitten von zwei Stücken 260a, 260b eines Laminats, das mindestens eine Schicht aus Polyurethan aufweist. Jedes Laminat 260a, 260b weist einen Grundstoff 262 auf, der einen Träger aus zwei Garnarten und einen Stapel mit geschlossener Schleife aufweist, der durch einen dritten Garntyp ausgebildet ist. Auf den Grundstoff 262 ist eine Beschichtung 270 laminiert, die aus einer äußeren Hautschicht, einer inneren Hautschicht und einem Klebstoff besteht.
Der Grundstoff 262 ist elastisch und kann aus mindestens zwei Typen von Garn hergestellt sein, von denen mindestens eines elastisch und das andere Garn vorzugsweise nicht dehnbar ist. Vorzugsweise sind beide Garne synthetisch, wie Polyester für ein erstes Garn und ein elastisches Harz wie Polyurethan oder Nylon für ein zweites, elastisches Garn. Das Garn für den Stapel kann zum Beispiel jedes beliebige Naturgarn sein.
Die Beschichtung 270 soll die äußere Schicht der Laminate 260a, 260b bilden und ist vorzugsweise aus einer oder mehreren Polyurethanharzschichten gebildet. Die äußere Hautschicht ist nicht hydrophil, wohingegen die innere Schicht hydrophil ist, oder umgekehrt. Die äußere Schicht kann einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als die innere Schicht oder umgekehrt, oder die Schmelzpunkte können im Wesentlichen die gleichen sein. Der Klebstoff ist vorzugsweise aus einem hydrophilen Polyurethanharz gebildet.
Die Hautschichten und der Klebstoff können zusammen eine Dicke von etwa 15 bis etwa 20 Mikrometer aufweisen.
Die Laminate 260a, 260b sind wasserundurchlässig, jedoch wasserdampfdurchlässig.
Die Verbindungsstellen werden zwischen den Abschnitten 260a, 260b des Laminats durch Schweißen, vorzugsweise durch Ultraschallschweißen hergestellt. Zum Verschweißen können die Abschnitte 260a, 260b des Laminats bezüglich der Häute gegenüberliegend und diese berührend angeordnet werden. Während des Schweißens schmelzen mindestens eine der Hautschichten und die Klebeschicht und härten wieder aus, so dass die Verbindungsstelle durch die Haut und den Klebstoff gebildet wird. Gegebenenfalls schmilzt mindestens eines der Garne des Trägers und härtet dann wieder aus. Der Stapel schmilzt nicht. In einer Ausführungsform werden alle Kantenbereiche 280 weg geschnitten und das Verschweißen und Abschneiden kann in einem Vorgang ausgeführt werden.
Eine Schweißnaht gemäß 3 weist mehrere Nachteile auf. Solche Nähte sind nur in Verbindung mit Polyurethanlaminaten bekannt, insbesondere wenn Polyurethanschichten zum Schmelzen für eine Naht benutzt werden können. Jedoch sind Laminate und Nähte mit einer äußeren Polyurethanschicht nicht in Fällen verwendbar, bei denen eine Textilschicht auf der Außenseite benötigt wird, wie bei Modekleidung. Darüber hinaus ist ein Ausfransen der Naht möglich, da mindestens der Nichtthermoplaststapel nicht geschmolzen wird und ausfransen kann. Falls nur die Haut und der Klebstoff geschmolzen werden, nimmt die Gefahr des Ausfransens zu.
Darüber hinaus ist die Nahtstärke solch einer Naht sehr gering, da die Schälspannung in die gleiche Richtung gelenkt wird wie die Ausrichtung der Laminatkanten innerhalb der Naht. Aus diesem Grund werden alle Kräfte auf die Schälspannungslinie 290 konzentriert. Um eine starke Verbindungsstelle zu erhalten, sind hohe Gewichte des Grundstoffs 262 notwendig, was zu schweren Laminaten mit einer verminderten Atmungsaktivität führt.
In einer Nahtverbindungsstelle gibt es ferner eine Schichtung oder eine Anhäufung von Laminatschichten, die zu dicken und steifen Nahtverbindungsstellen führen. Solche Anhäufungen führen zu verbrannten Stellen, sofern eine Ultraschalltechnologie mit konstantem Spalt und konstanter Amplitude angewendet wird.
In einer anderen Ausführungsform von WO 02/24015 kann hydrophiles Polyurethan sowohl für die Hautschicht als auch für die Klebeschicht benutzt werden, um die Laminate 260a, 260b wasserdampfdurchlässig sowie wasserundurchlässig zu machen. Jedoch absorbiert ein hydrophiles Polyurethan auf der Außenseite Flüssigkeiten in jeglicher Form und quillt auf. Dies führt zu einer bedeutenden Abnahme der Nassfestigkeit des Laminats und der Verbindungsstelle.
4 zeigt ein thermoplastisches Zweikomponentenmaterial der Art, die in den Patentveröffentlichungen WO 99/16616 und WO 99/16620 beschrieben ist. Das wasserdichte Zweikomponentenlaminat 1 weist eine gewirkte oder gewobene Textilschicht 30 auf, welche ein oder mehrere Zweikomponentengarne aufweist, an die eine wasserdichte, Funktionsschicht 50 laminiert ist, welche eine wasserdichte wasserdampfdurchlässige Membran aufweist. In einer Ausführungsform ist die Funktionsschicht 50 aus einer porösen Polymerschicht 10 und einer wasserdampfdurchlässigen Polymerschicht 20 zusammengesetzt, die aus einem hydrophilen Polymer gebildet ist. Auf die andere Seite der Funktionsschicht 50 kann eine Stoffschicht 40 laminiert werden. Die Stoffschicht enthält vorzugsweise eine Zweikomponenten-Textilschicht, um die Nahtfestigkeit und die Wasserdichte der erfinderischen Schweißnaht zu verbessern.
Die poröse Polymerschicht 10 kann eine mikroporöse Polymermembran mit einer mikroskopischen Struktur offener miteinander verbundener Mikrohohlräume sein. Sie weist eine Luftdurchlässigkeit auf und verleiht somit oder verhindert keine Wasserdampfdurchlässigkeit. Die benutzte mikroporöse Membran weist in der Regel eine Dicke von 5 Mikrometer bis 125 Mikrometer, am meisten bevorzugt in der Ordnung von 5 Mikrometer bis 25 Mikrometer auf. Die mikroporöse Membran kann aus Kunststoffpolymeren oder elastomeren Polymeren gebildet sein. Beispiele geeigneter Polymere sind Polyester, Polyamide, Polyolefine, Polyketone, Polysulfone, Polycarbonate, Fluorpolymere, Polyacrylate, Polyurethane, Copolyetherester, Copolyetheramide und dergleichen.
Das bevorzugte mikroporöse Polymermembranmaterial ist expandiertes mikroporöses Polytetrafluorethylen (ePTFE). Dieses Material ist durch eine Vielzahl von offenen miteinander verbundenen mikroskopischen Hohlräumen, ein hohes Hohlraumvolumen, eine hohe Festigkeit, Weichheit, Flexibilität, stabile chemische Eigenschaften, eine hohe Wasserdampfübertragung und eine Oberfläche gekennzeichnet, die gute Verunreinigungshemmeigenschaften aufweist. Die US-Patentschriften US-A-3,953,566 und US-A-4,187,390 beschreiben die Herstellung solcher mikroporöser expandierter Polytetrafluorethylenmembranen.
Die kontinuierliche wasserdampfdurchlässige Polymerschicht 20 ist im Allgemeinen ein hydrophiles Polymer. Die hydrophile Schicht transportiert Wasser selektiv durch Diffusion, trägt jedoch keine durch Druck angetriebene Flüssigkeit oder Luftstrom. Aus diesem Grund wird die Feuchtigkeit, das heißt, der Wasserdampf, transportiert, jedoch verhindert die kontinuierliche Schicht des Polymers den Durchlass von Teilchen in der Luft, Mikroorganismen, Ölen oder anderen Kontaminanten. Diese Eigenschaft verleiht dem Textilmaterial und den Gegenständen, die daraus hergestellt werden (wie Kleidungsstücken, Socken, Handschuhen, Schuhen usw.) gute Verunreinigungshemmeigenschaften, indem sie als eine Sperre für Kontaminanten fungiert. Darüber hinaus verleihen die Wasserdampfübertragungseigenschaften des Materials dem Träger Komfort.
Die kontinuierliche wasserdampfdurchlässige Polymerschicht 20 weist in der Regel eine Dicke zwischen 5 Mikrometer und 50 Mikrometer, vorzugsweise zwischen etwa 10 Mikrometer und 25 Mikrometer auf. Es hat sich herausgestellt, dass diese Dicke ein gutes praktisches Gleichgewicht bereitstellt, um eine zufrieden stellende Alterungsbeständigkeit, Kontinuität und Wasserdampfübertragungsgeschwindigkeit hervorzubringen. Obwohl nicht darauf eingeschränkt, sind die kontinuierlichen wasserdampfdurchlässigen Polymere der Schicht 20 vorzugsweise diejenigen der Polyurethanfamilie, der Silikonfamilie, der Copolyetheresterfamilie oder der Copolyetheresteramidfamilie. Geeignete hydrophile Copolyetheresterzusammensetzungen sind in US-A-4,493,870 (Vrouenraets) und US-A-4,725,481 (Ostapachenko) zu finden. Geeignete hydrophile Zusammensetzungen sind in US-A-4,2340838 (Foy et al) beschrieben. Geeignete Polyurethane sind in US-A-4,194,041 (Gore) zu finden. Eine bevorzugte Klasse kontinuierlicher wasserdampfdurchlässiger Polymere von Polyurethanen, insbesondere diejenigen, die Oxyethyleneinheiten enthalten, sind in US-A-4,532,316 (Henn) beschrieben. In der Regel weisen diese Materialien eine Zusammensetzung mit einer hohen Konzentration von Oxyethyleneinheiten auf, um dem Polymer eine Hydrophilität zu verleihen. Die Konzentration von Oxyethyleneinheiten ist in der Regel größer als 45 Gew.-% des Basispolymers, vorzugsweise größer als 60 Gew.-%, mehr bevorzugt größer als 70 Gew.-%.
Die Funktionsschicht 50 kann gemäß den Lehren von US-A-5,026,591 (Henn et al) hergestellt werden.
Das Laminat 1 der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise mit einer Stoffträgerschicht 40 versehen. Die Trägerschicht 40 kann entweder gewoben, eine Vliesschicht oder gewirkt sein und kann aus einer Vielfalt von Materialien wie Polyester, Polyamid (Nylon), Polyolefinen und dergleichen hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann die Trägerschicht 40 eine Zweikomponenten-Textilschicht wie die Zweikomponenten-Textilschicht 30 sein, die hierin ausführlich beschrieben ist. Die Trägerschicht 40 kann durch standardgemäße Laminierungsprozesse auf eine Seite der Funktionsschicht 50 laminiert werden. Insbesondere kann ein Punktmuster eines flüssigen wärmehärtenden Klebstoffs mit einer Rotationstiefdruckwalze auf eine Seite der Funktionsschicht 50 aufgebracht werden. Die Laminierung wird dann ausgeführt, indem die Materialien zwischen die Druckwalzen geleitet und gehärtet werden.
Die Textilschicht 30 ist gewöhnlich eine gewebte oder gewirkte Textilschicht, die aus Garnen hergestellt ist und aus Strängen, Filamenten, Fäden, Fasern mit mindestens zwei Komponenten oder Fasermischungen zusammengesetzt ist.
Die erste Komponente ist ein Material, das gegenüber einer ersten Temperatur stabil ist, das heißt, nicht schmilzt oder sich anderweitig auflöst. Die erste Komponente ist gegenüber einer ersten Temperatur von mindestens 180 °C stabil, das heißt, schmilzt bei einer Temperatur von unter 180 °C nicht. In einer Ausführungsform ist die erste Komponente ein Material, das bis zu einer hohen Temperatur von zum Beispiel etwa 260 °C stabil ist. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Komponente nicht schmelzbar, löst sich jedoch bei einer bestimmten Temperatur auf (wie Kevlar-Material). Die zweite Komponente ist aus einem Material hergestellt, das bei einer niedrigen zweiten Schmelztempera tur schmilzt. In einer Ausführungsform ist die zweite Komponente ein Material mit einer niedrigeren Schmelztemperatur im Bereich von 160 °C bis 230 °C. Die erste Temperatur muss höher sein als die zweite Temperatur.
Die mindestens zwei Komponenten in der gewirkten oder gewebten Zweikomponenten-Textilschicht 30 können aus zwei unterschiedlichen miteinander vermischten Typen von Strängen, Filamenten, Fäden oder Fasern bestehen. Als Alternative wird ein Zweikomponentengarn benutzt. Das Zweikomponentengarn kann entweder eine Kern-Mantel-Struktur, eine „Insel-im-Meer"-Struktur oder eine „Seite-an-Seite-Struktur aufweisen. Tabelle 1 aus WO 99/16616 zeigt mögliche im Handel erhältliche Zweikomponentengarne, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Komponente in der Zweikomponentenschicht ein Thermoplast, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Thermoplasten mit niedrigem Schmelzpunkt, die Copolyester, Polyamid, Copolyamid oder Polyolefin aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Komponente ein Polypropylen oder ein Polyamid 6.0.
Die erste Komponente ist ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren, die Zellulose; Proteinfasern, einschließlich Wolle und Seide; Polyolefine mit hohem Schmelzpunkt, einschließlich Polypropylene und Polyethylen, Polyester, Copolyester, Polyamid oder Copolyamid aufweisen. Vorzugsweise ist die erste Komponente Polyamid 6.6.
Grundsätzlich müssen die zwei Komponenten derart ausgewählt werden, dass die erste Komponente immer einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die zweite Komponente. Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur mindestens 20 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die zwei Komponenten der gewirkten oder gewebten Textilschicht 30 entweder Polypropylen und Polyamid; Polypropylen und Polyethylen oder unterschiedliche Grade von Polyamid (zum Beispiel Polyamid 6 und Polyamid 6.6).
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform weist ein Garn auf, das eine 60:40-Mischung von Polypropylen-Multifilamenten von 78 dtex und Polyamid-Multifilamenten von 44 dtex (das heißt, 78f25/44f13) ist.
Die Textilschicht 30 kann zwei thermoplastische Komponenten aufweisen. Jedoch können drei oder mehr thermoplastische Komponenten enthalten sein, wenn dies für bestimmte Zwecke gewünscht wird. Ein Zweikomponenten- oder Mehrkomponentengarn zur Verwendung bei der Bildung der Schicht 30 kann durch eine Vielfalt von Techniken des Standes der Technik hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine Anzahl von Filamenten der unterschiedlichen Komponenten der Textilschicht 30 vermischt werden, um ein Garn einer gegebenen metrischen Zahl (Nm) oder dtex zu bilden. Die metrische Zahl (Nm) eines Garns wird durch die folgende Formel berechnet: Nm = 10.000/dtex. In der Regel beträgt die metrische Zahl von 70 bis 90. Folglich wird ein 25er Filamentgarn mit insgesamt 84 Decitex hierin als (84f25) bezeichnet. Die Mehrkomponentengarne können mittels bekannter Techniken gewirkt oder miteinander verwoben werden. Die Zweikomponenten-Textilschicht 30 wird auf eine Seite der Funktionsschicht 50 durch einen Laminierungsprozess laminiert, der demjenigen ähnlich ist, welcher oben mit Bezug auf die Stoffträgerschicht 40 beschrieben worden ist. Während des Laminierungsprozesses muss dafür Sorge getragen werden, dass die Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt (oder hohem Schmelzpunkt) während des Laminierungsprozesses nicht bedeutend schmilzt.
Ein Treibmittel kann in der Zweikomponentenschicht 30 enthalten sein, wie in WO 99/16616 beschrieben.
Die Naht gemäß der vorliegenden Erfindung wird in der in Verbindung mit 5a) bis 5e) beschriebenen Weise gebildet. 5e) zeigt die erfinderische Naht 80, welche ein erstes Zweikomponentenlaminat 1a und ein zweites Zweikomponentenlaminat 1b an ihren Kanten miteinander verbindet. Man muss verstehen, dass die Naht 80 im Allgemeinen unter Verwendung herkömmlicher Schweißmaschinen hergestellt werden kann. Die Naht 80 kann durch Stücke des Laminats 1a, 1b des Typs gebildet werden, der in 4 dargestellt und oben beschrieben worden ist. Jedoch führt die Benutzung des Zweikomponenten-Laminatmaterials 1 wie in 4 dargestellt zu einer flachen Schweißnaht 80 mit einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung der Laminatkanten.
Folglich ist die Naht zwischen benachbarten Stücken des Laminats 1a, 1b ausgebildet, wie in 5a) dargestellt. Jedes Laminat enthält die Stoffträgerschicht 40, die wasserdichte atmungsaktive Funktionsschicht 50 (die aus der porösen Polymerschicht 10 und der hydrophilen wasserdampfdurchlässigen Polymerschicht 20 besteht) und eine Zweikomponenten-Textilflächenschicht 30, die ein gewebtes oder gewirktes Textilmaterial ist. Das Textilmaterial kann voluminös sein, da die Verwendung der Zweikomponentengarne eine gute Nahtabdichtung bereitstellt. Flächenschicht bedeutet, dass die Zweikomponenten-Textilschicht 30 den Flächenstoff bildet und die äußere Schicht des Laminats 1a, 1b bilden soll, das heißt, sie befindet sich auf der Außenseite der Konstruktion wie einem Kleidungsstück und zeigt von dem Träger weg. Die Innenseite des Laminats 1a, 1b ist durch die Trägerschicht 40 ausgebildet. Das erste Laminat 1a weist eine erste Kante 60a und das zweite Laminat 1b weist eine zweite Kante 60b auf.
Das erste Laminat 1a und das zweite Laminat 1b werden bezüglich der Zweikomponentenschichten 30 und der Kanten 60a, 60b (Kante an Kante) gegenüberliegend und einander berührend angeordnet. Die erste Kante 60a und die zweite Kante 60b bilden einen Kantenbereich 65.
Die zwei Laminate 1a, 1b müssen miteinander verbunden oder verschmolzen werden, um eine Vornaht 70 in dem Kantenbereich 65 zu bilden, wie in 5b) dargestellt. Die Vornaht 70 wird hergestellt, wenn die Zweikomponenten-Textilschichten 30 in dem Kantenbereich 65 mit ausreichend Energie versorgt werden, um eine Temperatur zu erreichen, die höher ist als die zweite Temperatur der zweiten Komponente, jedoch niedriger ist als die erste Temperatur der ersten Komponente. Die zweite Komponente schmilzt und stellt ein Abdichtungsmaterial (Klebstoff) zum Verbinden des ersten Laminats 1a mit dem zweiten Laminat 1b an der Vornaht 70 bereit. Sowohl die erste als auch die zweite Komponente sind an der strukturellen Verbindung beteiligt. Die zweite Komponente kapselt die erste Komponente ein, während die erste Komponente stabil bleibt. Die zweite Komponente stellt die wasserdichte Sperre bereit und die erste Komponente stellt der Naht eine Struktur und Festigkeit bereit.
Falls die Trägerschicht 40 als eine Zweikomponenten-Textilschicht ausgewählt wird, schmilzt die zweite Komponente der Schicht 40 in dem Kantenbereich 65 ebenfalls, wohingegen die erste Komponente der Schicht 40 stabil bleibt. Solch eine Kombination von Zweikomponentenschichten 30, 40 führt zu einer hohen Festigkeit der Vornaht 70.
Ein Verfahren zum Hinzufügen von Energie zu den Zweikomponenten-Textilschichten 30, um die Vornaht 70 zu bilden, besteht in der Anwendung von Ultraschallschweißtechniken, um die zweiten Komponenten zu erwärmen. Andere Schweißtechniken wie Kontaktschweißen oder Impulsschweißen sind auch anwendbar.
Ein erfinderisches bevorzugtes Verfahren zum Binden von Zweikomponentenschichten ist die Verwendung von Ultraschallenergie zum Beispiel mit einer Sonotrode. Wärme kann bei dem Kantenbereich lokal erzeugt werden, indem Ultraschallenergie durch ein Ultraschallhorn- und -ambosssystem aufgebracht wird. Vorzugsweise wird dies in einem kontinuierlichen Prozess mit Hilfe eines Horns und eines Drehambosses erreicht. Das Horn vibriert bei einer vordefinierten ausgewählten Frequenz und mit einer einstellbaren Amplitude hoch und herunter. Der Kantenbereich 65 des Laminats 1a, 1b kann zwischen der Spitze des Ambosses und des Horns miteinander verschweißt werden. Der Abstand zwischen dem Amboss und dem Horn beträgt 0,1 mm bis 0,5 mm. Die Geschwindigkeit der Sonotrode wird gesteuert, um eine angemessene Verschweißung zu erhalten. Je langsamer die Geschwindigkeit, desto heißer die Schweißung.
In einer Ausführungsform wird die Vornaht 70 mittels einer kombinierten Ultraschallschweiß- und Schneidemaschine hergestellt. Der Schneideschritt wird während oder nach dem Schweißschritt ausgeführt und entfernt die Nahttoleranz, die sich während des Schweißschritts bildet. In diesem Fall ist der Abstand zwischen dem Amboss und dem Horn null.
Eine Ultraschallmaschine 90 (zum Beispiel Pfaff 8310 mittels einer Sonotronic Sonotrode) kann benutzt werden, um die Vornaht 70 in einem Schritt zu verschweißen und abzuschneiden.
Die Energieeingabe der Ultraschallmaschine 90 wird derart gewählt, dass sie größer ist als die der Schmelztemperatur der zweiten Komponente mit niedriger Schmelztemperatur, jedoch unter der hohen Schmelztemperatur der ersten Komponente der Zweikomponenten-Textilschichten 30 liegt. In der Regel findet der Schweißprozess bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 240 °C statt. Unter diesen Bedingungen schmelzen die Komponenten mit niedrigem Schmelzpunkt in den Zweikomponenten-Textilschichten 30 und die Zweikomponenten-Textilschichten 30 verschmelzen miteinander aufgrund des Drucks, der auf die Laminate 1a und 1b durch die Schweißdüse ausgeübt wird. Die Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt füllt die Lücken in der Zweikomponenten-Textilschicht 30 zwischen der Struktur, die durch die Fasern ausgebildet ist, die eine höhere Schmelztemperatur aufweisen. Die Fasern mit höherer Schmelztemperatur dienen deshalb zwei Funktionen. Erstens stellen sie der Naht eine mechanische Festigkeit bereit. Zweitens agieren sie als „Lückenhalter" oder Abstandshalter, um zu gewährleisten, dass die Fasern mit niedrigerer Schmelztemperatur im geschmolzenen Zustand nicht aus der Vornaht 70 heraussickern.
Während des Schweißprozesses wird die Nahttoleranz abgeschnitten, so dass die Nahtkante keine Nahttoleranz aufweist. Entlang der Schneidelinie kann eine höhere Temperatur vorliegen und alle Komponenten schmelzen.
Nach dem Schweiß- und Abschneideprozess werden die zwei Laminate 1a, 1b geöffnet, wie in 5c) dargestellt. Die zwei Laminate 1a, 1b liegen im Wesentlichen in einer Ebene und sind miteinander durch die Vornaht 70 verbunden. Die Schichten, welche die Naht in dem Kantenbereich bilden, liegen in einer im Wesentlichen quer verlaufenden Richtung. Die Vornahtkante 75 ist wie eine Spitze zwischen den Laminaten 1a, 1b ausgebildet.
5d) zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung der erfinderischen Naht 80. Ein zusätzlicher Schweißprozess wird auf die Vornaht 70 angewendet, um die Naht abzuflachen. Die zusätzliche Behandlung wird mittels eines Heißwerkzeugs oder einer Ultraschallmaschine ausgeführt. In einer Ausführungsform wird die Schweißmaschine 90 ohne die Schneidevorrichtung erwärmt und drückt auf die Schweißvornaht 70. Die zusätzliche Schweißung kann auf einer Seite der Naht oder auf beiden Seiten der Naht ausgeführt werden und bewirkt ein erneutes Schmelzen des bereits geschmolzenen Materials der zweiten Komponente. Der Druck bewirkt eine Neuausrichtung der quer ausgerichteten Schichten innerhalb der Vornaht 70 in eine im Wesentlichen gerade Richtung. Die erste Kante 60a und die zweite Kante 60b der Laminate 1a, 1b richten sich in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung neu aus. Aus diesem Grund wird die spitzenartige Nahtkante 75 zu einer flachen Nahtlinie gebildet.
5e) zeigt die erfinderische Endnaht 80. Aufgrund des zusätzlichen Schweißschritts weist die Kante an Kante aneinanderstoßende Naht 80 maximal die gleiche Dicke auf wie das Laminat 1a oder 1b selbst. Die Nahtdicke beträgt je nach der Dicke der Laminate zwischen 0,2 μm bis 0,9 μm. Darüber hinaus führt das erneute Schmelzen und Herunterdrücken der Vornaht 70 in einer dem ersten Schweißprozess entgegengesetzten Richtung zu einer Neuausrichtung der Schichten, insbesondere der Kanten innerhalb der Naht. Insbesondere die Funktionsschicht 50 wird in eine mehr oder weniger gerade Richtung ausgerichtet. Die Enden der Kanten mindestens der Funktionsschicht 50 sind in dem geschmolzenen Material der zweiten Komponente vollständig eingebettet. Die Zweikomponenten-Textilschicht 30 und die Trägerstoffschicht 40 liegen in einer horizontalen und geraden Richtung. Dies führt zu einer Ziehspannung über den gesamten Querschnitt der Naht 80 statt zu einer Schälspannung entlang der Nahtlinie 290 herkömmlicher Nähte gemäß 3. Die Naht 80 weist eine hohe Nahtfestigkeit auf, insbesondere bei der Benutzung von zwei Zweikomponentenschichten 30, 40. Überraschenderweise ist die erfinderische Naht sehr alterungsbeständig, wobei die Naht nach mehreren Waschvorgängen noch immer verschlossen ist und keine offenen Bereiche gefunden werden konnten.
Die Naht 80 ist wasserdicht und ein Ausfransen der Laminatkanten wird dauerhaft verhindert.
Die Breite der gebildeten Naht 80 beträgt zwischen 0,2 mm und 1,5 mm, je nach der Laminatdicke und den Prozessdaten. Die Naht 80 ist weich und sehr dünn. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich an den Nahtverbindungsstellen keine Schichten anhäufen.
6 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figur zeigt die Kombination von drei Stücken des Zweikomponentenlaminats 1a, 1b, die an ihren Kanten durch eine Schweißnaht in der erfinderischen Kante an Kante anstoßenden Ausrichtung verbunden sind. Jedes Zweikomponenten-Laminatstück kann eine Zweikomponenten-Textilschicht mit einer unterschiedlichen Farbe aufweisen. Die drei Stücke 1a, 1b, 2 werden gemäß dem Verfahren, das in 5 beschrieben ist, miteinander verbunden und bilden eine T-Verbindungsstelle. In einem ersten Schritt werden das erste Zweikomponentenlaminat 1a und das zweite Zweikomponentenlaminat 1b bei einer ersten Kante an Kante verschweißten Naht 82 miteinander verbunden. Danach wird die Kombination des ersten und des zweiten Laminats 1a, 1b mit dem dritten Zweikomponentenlaminat 2 bei einer Kante an Kante verschweißten Naht 84 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem zweiten Schritt verbunden.
7 ist eine vergrößerte Übersicht im Querschnitt (Linie VII-VII) durch die Nahtverbindungsstelle A in 6. Der Querschnitt verläuft entlang der Schweißnaht 82 durch die Schweißnaht 84 und das dritte Zweikomponentenlaminat 2. Es ist überraschenderweise herausgefunden worden, dass keine Schichtung der Kombination des ersten und des zweiten Laminats und des dritten Laminats 2 und auch nicht der Laminatstücke in der Verbindungsstelle der Naht 82 und der Naht 84 vorliegt. Ganz im Gegenteil sind die Kanten des ersten, des zweiten und des dritten Laminats in einer Kante an Kante anstoßenden Ausrichtung ausgerichtet. Aus diesem Grund liegen alle drei Laminate und die Nähte zwischen ihnen in der gleichen Ebene. Insbesondere die Dicke der Nahtverbindungsstelle A ist die gleiche wie die der Naht 82 oder Naht 84.
Es liegt keine Schichtung der Laminate bei den Nahtverbindungsstellen vor. Die Laminate werden durch eine aneinandergrenzende Naht verbunden. Aus diesem Grund ist die Naht bei einer Nahtverbindungsstelle im Wesentlichen nicht dicker als das Laminat. Die Verbindung bei den Nahtverbindungsstellen ist wasserdicht und reißfest.
Die Nahtfestigkeit kann mittels Verstärkungen verbessert werden, die auf die Schweißnaht aufgebracht werden. Die Verstärkungen können die Wasserdichte der Naht und/oder die Nahtfestigkeit verbessern.
Vorzugsweise wird die Verstärkung auf die Stoffschichtseite oder auf die Innenseite des Zweikomponentenlaminats 1 in einem Gegenstand aufgebracht. Mögliche Verstärkungen sind Textilbänder, wasserdichte Bänder, Fäden oder wasserdichte Textillaminate. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Verstärkung in Form eines Nahtbandes 105 vor, wie in 8 offenbart ist. Das Nahtband 105 kann auf jeder Seite der Naht 80 selbst befestigt werden. Aus ästhetischen Gründen wird das Nahtband 105 gewöhnlich an der Innenseite eines Kleidungsstücks angebracht, so dass es nicht sichtbar ist. Aus diesem Grund wird das Nahtband 105 vorzugsweise an der Stoffschicht 40 befestigt.
Das Nahtband kann ein schweißbares Klebeband, ein schweißbares Textilband oder ein schweißbares Laminatband sein. Grundsätzlich weist ein schweißbares Band mindestens eine thermoplastische Komponente auf, die bei einer Temperatur im Bereich von 80 °C bis 230 °C schmelzbar ist.
In einer anderen Ausführungsform kann das Nahtband 105 eine thermoplastische Folie sein, die bei Erwärmen erweicht und fließt. Gewöhnlicher weist das Nahtband 105 ein Trägerband mit einer Abdeckung aus einem Heißschmelzklebstoff auf einer Seite auf. Nachdem die Schweißnaht 80 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, wird das Nahtband 105 erwärmt, zum Beispiel mittels Heißluftblasen, so dass der Klebstoff schmilzt. Das Band 105 wird dann über die Naht 80 aufgebracht und beide werden durch den Walzenspalt eines Paars von Druckwalzen geleitet, um den geschmolzenen Klebstoff in den Stoff 40 zu pressen, um eine gute Bindung des Bandes an dem darunter liegenden Stoff zu gewährleisten. Im Allgemeinen schmilzt der Nahtabdichtklebstoff bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur der zweiten Komponente der Zweikomponenten-Textilschicht 30. Dies ermöglicht, dass die normalen Nahtabdichtbedingungen beibehalten werden können. Vorzugsweise schmilzt der Nahtabdichtklebstoff bei einer Temperatur von 10 bis 20 °C weniger als die der zweiten Komponente. Jedoch hängen diese Bedingungen in gewissem Maße von den Geschwindigkeiten des Wärmestroms und der Nahtabdichtgeschwindigkeit ab.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Nahtband während des Abflachprozesses auf die Naht aufgebracht, wie in 5d) erläutert. In einem Beispiel weist die Ultraschallschweißmaschine zwei Platten und einen Abstand zwischen den Platten auf. Die Vornaht 70 und das Nahtband auf der Vornaht werden kontinuierlich über den Abstand transportiert und miteinander verbunden. Gleichzeitig wird die Vornaht in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung abgeflacht.
Überraschenderweise ermöglicht die Erfindung aufgrund der dünnen Schweißnaht selbst und aufgrund der Tatsache, dass keine wirkliche Nahttoleranz vorliegt, auch die Benutzung von sehr dünnen (schmalen) Nahtbändern. Vorzugsweise weist das Nahtband eine Breite von nicht mehr als 8 bis 10 mm auf.
Ein anderes Beispiel einer Verstärkung ist in 9 dargestellt. Die Schweißnaht 80 wird mittels eines Fadens 110 verstärkt. In einer Ausführungsform ist der Faden aus Zweikomponentenmaterial, wie oben beschrieben, hergestellt. In einer anderen Ausführungsform ist der Faden ein Monofilgarn. Der Faden 110 kann in einer Zickzackart über die Schweißnaht 80 vorzugs weise an die Stoffschicht 40 genäht werden. Nach dem Schritt des Nähens wird der Stoff in dem Nahtbereich mindestens auf die Schmelztemperatur der zweiten Komponente der Zweikomponententextilschicht 30 und gegebenenfalls der zweiten Komponente des Zweikomponentenfadens erwärmt. Jedoch sollte die Temperatur, auf welche der Nahtbereich erwärmt wird, unter der Schmelztemperatur der ersten Komponente liegen. Der Erwärmungsschritt kann ein zusätzlicher Schweißschritt der abgeflachten Naht 80 sein oder mit dem Schritt des Abflachens der Vornaht 70 ausgeführt werden, wie bezüglich 5d) beschrieben. Die geschmolzene zweite Komponente dichtet die Nählöcher in dem Laminat 1 ab, um die Naht wasserdicht zu halten.
10 stellt zwei Laminate 1a, 1b dar, die vorgeformte Kanten 60a, 60b aufweisen. Die Kanten 60a, 60b liegen in einer gekrümmten Form vor, wobei die erste Kante 60a exakt mit der zweiten Kante 60b zusammenpasst.
Die Kombination der ersten Kante 60a und der zweiten Kante 60b ist in 11 dargestellt. Das erste Laminat 1a und das zweite Laminat 1b sind bei einer Schweißnaht 80 gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden. Der kontinuierliche Schweißschritt zum Abflachen der Naht führt zu einer zweidimensionalen nicht geradlinigen Abdichtlinie.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 12 offenbart. Das erste Zweikomponentenlaminat 1a und das zweite Zweikomponentenlaminat 1b befinden sich in der gleichen Anordnung wie in 5b), wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die Schweißmaschine eine gekrümmte Nahtlinie oder eine nicht geradlinige Naht statt einer geraden Nahtlinie wie in 5b) geschaffen hat. Das Ergebnis solch einer gekrümmten oder nicht geradlinigen Nahtlinie ist in 13 dargestellt, wobei die Vornaht 70 zu einer Schweißnaht 80 mit einer dreidimensionalen Krümmung abgeflacht ist. Basierend auf der Krümmung der Schweißnaht 80 weist die Endkombination eine dreidimensionale Struktur auf. Solche dreidimensionale Strukturen sind bei der Herstellung von körpergeformten Kleidungsstücken, Schulterkonstruktionen und vorgeformten Kapuzen hilfreich.
14 zeigt ein Kleidungsstück 120, das aus mehreren Stücken eines wasserdichten Laminats hergestellt ist. Die Stücke können unterschiedliche Farben und/oder nicht geradlinige Formen und Kanten aufweisen. Die Stücke sind durch mindestens eine Schweißnaht 80 miteinander verbunden, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Insbesondere in dem Bereich der Kapuze 130 werden dreidimensionale gekrümmte Schweißnähte 88 erzeugt. In dem Bereich des Körpers und der Arme werden zweidimensionale Schweißnähte 86 erzeugt.
Beispiele
Beispiel 1 (Mikronaht unbearbeitet)
Eine Naht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Zweikomponentenlaminats gebildet. Das Laminat wies eine gewebte Zweikomponenten-Textilschicht 30, die an eine wasserdichte Funktionsschicht 50 laminiert war, die aus expandiertem Polytetrafluorethylen gebildet war, das mit einem hydrophilen Polymer beschichtet war, und eine gewirkte Zweikomponenten-Textilträgerschicht 40 auf, die an die gegenüberliegende Seite der Funktionsschicht 50 laminiert war. Die gewebte Zweikomponentenschicht wies eine erste Komponente (Polyamid 6.6, Schmelzpunkt: 255 °C) und eine zweite Komponente (Polyamid 6, Schmelzpunkt: 225 °C) auf. Die erste und die zweite Komponente lagen in Form von strukturierten und vermischten Filamenten vor. Die Zweikomponenten-Textilschicht 30 wies ein Textilgewicht von 55 g/m² auf. Die gewirkte Zweikomponenten-Trägerschicht 40 wies ein Textilgewicht von 80 g/m² auf und ist auch aus Polyamid 6.6 als erste Komponente und Polyamid 6 als zweite Komponente hergestellt. Das Laminat wies eine Dicke von 0,3 mm auf. Das erste und das zweite Laminat 1a, 1b wurden zuerst bezüglich der jeweiligen gewebten Zweikomponentenschichten 30 gegenüberliegend und einander berührend angeordnet. Eine Vornaht 70 wurde mittels einer Ultraschallschweißmaschine des Typs Pfaff 8310 (Firma Pfaff, Deutschland) mit einer Amplitude von 16 μm, 35 kHz und einer Geschwindigkeit von 0,7 m/min gebildet. Das Ambossrad weist einen Winkel von 90 Grad und einen Spalt von 0 mm auf. Die Temperatur liegt um 240 °C. Die Nahttoleranz wurde während des Schweißprozesses durch den nicht existierenden Spalt abgeschnitten. Die Vornaht 70 wurde zweitens mittels der gleichen Schweißmaschine (Pfaff 8310) und mit den gleichen Einstellungen, jedoch mit einem flachen Ambossrad (Winkel von 180 Grad) und mit einem Spalt von 0,13 mm zu der Mikronaht 80 abgeflacht. 15 zeigt eine Elektronenmikrografie eines Querschnitts der geschweißten und abgeflachten Naht 80. Alle Schichten des Zweikomponentenlaminats 1a, 1b weisen im Wesentlichen eine gerade Struktur auf, wobei die Funktionsschicht 50 in dem geschmolzenen Material der Naht 80 eingebettet ist. Die Naht 80 weist eine Breite von 0,2 mm und eine Dicke von 0,3 mm auf. Die Zahlen für Wasserdichte und Nahtfestigkeit sind unten in Tabelle 1 zu sehen.
Beispiel 2 (Mikronaht unbearbeitet)
Eine Naht wurde zwischen zwei Stücken 1a, 1b eines dreischichtigen Laminats gebildet. Das Laminat wies eine gewirkte Zweikomponenten-Textilschicht 30 mit einem Textilgewicht von 250 g/m² auf. Die Schicht 30 wurde an eine Funktionsschicht 50 laminiert, die aus expandiertem Polytetrafluorethylen gebildet war, das mit einem hydrophilen Polymer beschichtet war. Das Laminat wies ferner eine gewirkte Zweikomponenten-Textilträgerschicht 40 mit einem Textilgewicht von 110 g/m² auf, die an die gegenüberliegende Seite der Funk tionsschicht 50 laminiert wurde. Die Zweikomponentenschicht 30, 40 wies eine erste Komponente (Polyamid 6.6, Schmelzpunkt 255 °C) und eine zweite Komponente (Polyamid 6.0, Schmelzpunkt 225 °C) auf. Die erste und die zweite Komponente lagen in Form von strukturierten und vermischten Filamentgarnen vor. Das Laminat 1 wies eine Dicke von 0,8 mm auf. Die Naht 80 wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schweißmaschine für den Schritt des Abflachens einen Spalt von 0,5 mm aufweist.
16 ist eine Elektronenmikrographie eines Querschnitts der nicht abgeflachten Vornaht 70 nach dem Schweiß- und Schneideschritt gemäß 5b). Dies führt zu einer Vornaht 70 mit einer spitzenähnlichen Struktur 75.
17 zeigt eine Elektronenmikrographie eines Querschnitts der gleichen Naht wie in 16, jedoch nach einem zusätzlichen Verschweiß- und Zusammendrückschritt zum Abflachen der Vornaht. Folglich wird die Naht 80 abgeflacht und die Kanten jedes Laminats 1a, 1b werden in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung neu ausgerichtet. Die Naht 80 weist eine Breite von 0,6 mm und eine Dicke von 0,8 mm auf. Die Zahlen für Wasserdichtigkeit und Nahtfestigkeit sind unten in Tabelle 1 dargestellt. Die Figur zeigt, dass die Naht auf der Außenseite der Konstruktion, die aus den Laminaten hergestellt ist, nicht sichtbar ist, weshalb die Konstruktion in einer ästhetisch angenehmen Weise hergestellt werden kann. Ferner ist dargestellt, dass die Kantenbereiche der Naht an der Außenseite der Konstruktion auch nicht sichtbar sind und dass die Kanten von der geschmolzenen zweiten Komponente eingeschlossen sind, so dass sie vor Ausfransen weitgehend geschützt sind.
Beispiel 3
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1. Außerdem wird eine Verstärkung in Form eines dreischichtigen Zweikomponenten-Laminatbandes mittels Ultraschallenergie auf die Innenseite der Naht geschweißt. Das Band weist eine Breite von 6 mm auf und deckt die Naht und benachbarte Bereiche der Trägerschicht 40 vollständig ab.
Beispiel 4
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1. Außerdem wurde eine Verstärkung in Form eines Zweikomponentenfadens in Zickzackform über die Naht genäht. Danach wurde die Naht mit Faden erwärmt und die geschmolzene zweite Komponente der Zweikomponentenschichten und des Fadens dichteten die genähten Löcher in dem Laminat ab.
Beispiel 5
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1. Außerdem wurde eine Verstärkung in Form eines Zweikomponentenfadens in Form eines Zwei-Nadel-Abdeckstichs über die Naht genäht. Danach wurde die Naht mit Faden erwärmt und die geschmolzene zweite Komponente der Zweikomponentenschichten und des Fadens dichteten die gestochenen Löcher in dem Laminat ab.
Beispiel 6
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1. Außerdem wurde eine Verstärkung in Form eines gewirkten Bandes durch Verschweißen an der Innenseite der Naht mittels Ultraschallenergie befestigt. Das Band weist eine Breite von 7 mm auf und deckt die Naht und benachbarte Bereiche der Trägerschicht 40 vollständig ab.
Beispiel 7
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1, außer dass die Zweikomponentenmaterialien für die Textilschicht 30 und die Trägerschicht 40 in Form von Vlies mit einem höheren Textilgewicht vorliegen. Aus diesem Grund weist das Laminat ein höheres Gewicht von 382 g/m² auf.
Beispiel 8
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Der Schweißprozess ist der gleiche wie in Beispiel 1. Die Zweikomponentenmaterialien für die Textilschicht 30 und die Trägerschicht 40 liegen in Form von Vlies vor und sind aus Polyester hergestellt. Die erste Komponente ist Polyethylenterephthalat (PET, Schmelzpunkt 255 °C) und die zweite Komponente ist Polybutylenterephthalat (PBT, Schmelzpunkt 225 °C). Die Vliesschichten 30, 40 weisen ein höheres Textilgewicht auf als in Beispiel 7 und deshalb weist das Laminat ein höheres Gewicht von 440 g/m² auf.
Beispiel 9
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Die Materialien und der Schweißprozess sind die gleichen wie in Beispiel 1, außer dass das Zweikomponentenmaterial für die Textilschicht 30 und die Trägerschicht 40 ein höheres Textilgewicht als in Beispiel 1 aufweist. Aus diesem Grund weist das Laminat ein höheres Gewicht von 180 g/m² auf.
Beispiel 10
Eine Schweißnaht wurde zwischen zwei Stücken eines dreischichtigen Laminats ausgebildet. Der Schweißprozess ist der gleiche wie in Beispiel 1. Die Zweikomponentenmaterialien für die Textilschicht 30 und die Trägerschicht 40 sind aus Polyester hergestellt, wodurch das Zweikomponentenmaterial für die Stoffträgerschicht 40 in Form eines gerauhten gewirkten Trägermaterials vorliegt. Die erste Komponente ist Polyethylenterephthalat (PET, Schmelzpunkt 255 °C) und die zweite Komponente ist Polybutylenterephthalat (PBT, Schmelzpunkt 225 °C). Das Laminat weist ein höheres Gewicht von 430 g/m² auf.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Messungen, die an den Laminaten und den Schweißnähten, die zwischen den Laminaten ausgebildet sind, vorgenommen wurden.
Tabelle 1 gibt eine Übersicht über das Textilgewicht und die Dicke jedes benutzten Laminats in den Beispielen und die Nahtfestigkeit jeder Schweißnaht an. Die Suter-Prüfung zeigt, ob die Schweißnähte wasserdicht (bestanden) oder nicht (nicht bestanden) sind. Die folgenden Abkürzungen werden verwendet:
3L = dreischichtiges Laminat mit einer ePTFE(expandiertes Polytetrafluorethylen)-Membran, die mit einem hydrophilen Polymer als Funktionsschicht beschichtet ist
TL = Textilschicht 30, FL = Stoffträgerschicht 40, PA = Polyamid, BiCo = Zweikomponenten-Textilmaterial Tabelle 1
Die Spalte „Naht hat Suter-Prüfung bestanden?" zeigt an, ob die gebildete Naht dazu fähig war, Wasser bei einem Druck von 0,13 bar mindestens 4 Minuten lang standzuhalten. Alle Beispiele haben die Suter-Prüfung bestanden und sind deshalb wasserdicht.
Die Spalte "Nahtfestigkeit" zeigt die Nahtfestigkeit für die Schweißnaht an. Ein Wert um 200 N wird für eine Textilnaht in Kleidungsstücken als gut betrachtet.
Die Beispiele 1, 2 und 6 bis 10 einer unbearbeiteten Schweißnaht (ohne irgendeine Verstärkung) zeigen sich verbessernde Nahtfestigkeiten mit zunehmenden Laminatgewichten.
Die Benutzung von Verstärkungen in Beispiel 3 bis 5 führt zu hohen Werten für die Nahtfestigkeit, wenn Laminate mit einem relativ geringen Gewicht benutzt werden.
Definitionen und Prüfverfahren
Funktionsschicht: Der Ausdruck Funktionsschicht wird benutzt, um eine Schicht zu bezeichnen, welche die Eigenschaften aufwies, sowohl wasserdicht als auch wasserdampfdurchlässig zu sein. Vorzugsweise weist die Funktionsschicht eine wasserdichte, wasserdampfdurchlässige Membran auf.
Laminat: Der Ausdruck Laminat wird benutzt, um die Verbindung einer Funktionsschicht mit mindestens einer Textilschicht (zweischichtiges Laminat) zu beschreiben. Es gibt auch dreischichtige Laminate, die eine weitere Textilschicht aufweisen, welche an der Funktionsschicht gegenüber der ersten Textilschicht haftet.
Garn: Der Ausdruck Garn in der Beschreibung wird benutzt, um die kontinuierlichen Materialstränge zu beschreiben, die in den Textilstoff eingearbeitet werden. Es enthält Stränge, Filamente, Fasern und dergleichen.
Außenseite: Der Ausdruck Außenseite bezieht sich auf die Seite einer Kombination oder eines Gegenstands, der die Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, welche die sichtbare äußere Hülle eines Kleidungsstücks bildet.
Innenseite: Der Ausdruck Innenseite bezieht sich auf die Seite einer Kombination oder eines Gegenstands, der die Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, welche die innere Seite eines Kleidungsstücks bildet und zu dem Träger des Kleidungsstücks gerichtet ist.
Naht: Der Ausdruck Naht bezieht sich auf die Verbindung (Verbindungsstelle) zwischen mindestens zwei Materialstücken. Die Nahttoleranz ist der Teil einer Naht, der nach dem Verschweißen durch Abschneiden einschließlich Zusammendrücken entfernt werden kann.
Kante: Der Ausdruck Kante bezieht sich auf die äußere Grenze oder Begrenzung eines Laminats. Ein Kantenbereich wird gebildet, wenn mindestens eine erste Kante und eine zweite Kante gegenüberliegend angeordnet werden, um miteinander verbunden zu werden. Der Ausdruck Schnittkante definiert die Oberfläche der Kante, die durch Schneiden erzeugt wird.
Abdichtfestigkeitsprüfung
Die Abdichtfestigkeitsprüfung wurde gemäß EN/ISO 13935 angewendet. Um die Festigkeit einer Dichtung zu bestimmen, wurden Prüflinge aus aufblasbaren Modulen der Beispiele in dreifacher Ausführung in sowohl die Maschinenlaufrichtung als auch die Querrichtung geschnitten. Die Proben waren 20 cm lang, wobei die Dichtung in der Mitte lag. Die Dichtungslänge betrug 8 cm und war zu der Ziehachse senkrecht. Die Proben wurden in einem Instron-Modell #1122 befestigt, das mit pneumatischen Spannbacken ausgestattet war, um die Proben festzuhalten. Der Kreuzkopf wurde bei einer Geschwindigkeit von 200 mm/min ausgeweitet, bis die Probe zerriss. Die Reißlast und die Reißdehnung wurden aufgezeichnet. Der Mittelwert sowohl in die Maschinenlaufrichtung als auch die Querrichtung wurde gewichtet und in Tabelle 1 angegeben.
Dicke des Laminats/der Naht
Das so genannte Rachenlehreverfahren wurde gemäß ASTM D1777-64 (1975 erneut genehmigt) mittels eines Rachenlehre-Testgeräts (M-213) des Typs Peacock 20-360 angewendet. Ein Prüfling von mindestens 5,08 × 5,08 cm wurde benutzt, der bei 24 ± 2 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 65 ± 2 % vor dem Prüfverfahren konditioniert wurde. Der Presserfuß des Testgeräts wurde auf den Prüfling ohne Schlag abgesenkt. Nach fünf Sekunden wurde eine Lesung entnommen. Bei dem benutzten Probenmuster wurden fünf Prüflinge geprüft und der Mittelwert der fünf Ergebnisse wurde zusammen mit der Standardabweichung berechnet.
Gewicht des Stoffs
Das Gewicht des Stoffs wurde mit Hilfe einer kreisförmigen Probe mit einem Durchmesser von 8,9 cm bestimmt, die bei 24 ± 2 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 65 + 2 % vor dem Prüfverfahren konditioniert worden ist. Bei dem benutzten Probenmuster wurden fünf Prüflinge geprüft und der Mittelwert der fünf Ergeb nisse wurde zusammen mit der Standardabweichung berechnet. Jeder beliebige Unterschiedsbetrag, der mit einer Entwurfsabdeckung bis auf 0,01 g genau war, kann benutzt werden. Weitere Einzelheiten des Prüfverfahrens sind in ASTM D 3776-96 Option C gegeben.
Wasserdampfdurchlässig Wie hier verwendet, bezieht sich wasserdampfdurchlässig auf eine Wasserdampfübertragungsgeschwindigkeit (Ret) von unter 150 (m².Pa)/W. Die Wasserdampfübertragungsgeschwindigkeit wird mit Hilfe des Hohenstein-MDM-Trockenverfahrens gemessen, das in der Standard-Prüfvorschrift (Standard Test Rules) Nr. BPI 1.4 vom September 1987 erläutert ist und von dem Bekleidungsphysiologischen Institut e.V. Hohenstein, Deutschland, herausgegeben ist.
Wasserdichte
Wie hier verwendet, bezieht sich wasserdicht auf einen Wassereindringwiderstand (hydrostatischer Widerstand) von 0,13 bar oder mehr. Diese Messung wird auf Laminaten ausgeführt, indem eine Prüfprobe des Laminats mit einer Fläche von 100 cm² einem erhöhten Wasserdruck ausgesetzt wird. Zu diesem Zweck wird destilliertes Wasser mit einer Temperatur von 20 ± 2 °C benutzt, wobei die Zunahmegeschwindigkeit des Wasserdrucks 60 ± 3 cmH₂O/min betrug. Der Wassereindringwiderstand der Probe ist dann der Druck, bei dem Wasser auf der Außenseite der Probe erscheint. Das exakte Verfahren zum Ausführen dieser Prüfung ist in der ISO-Norm Nr. 811 von 1981 angegeben.
Diese Messung wird auf Nähten durch die so genannte Suter-Prüfung ausgeführt, bei der eine Prüfprobe des Laminats, das die Naht aufweist, über eine Haltevorrichtung gestreckt wird. Destilliertes Wasser mit einer Temperatur von 20 ± 2 °C wurde unter einem Druck von 0,13 bar auf einer Seite der Naht angeordnet und die Prüfprobe wurde mindestens vier Minuten lang dort belassen. Die andere Seite der Naht wurde mittels eines dunklen Gewebetuchs untersucht, um zu sehen, ob Wasser durch die Naht eingedrungen ist.
Proben der vorliegenden Erfindung wurden mit Hilfe einer modifizierten Suter-Prüfvorrichtung auf ihre Wasserdichte geprüft, was eine Herausforderung bezüglich des niedrigen Wassereingangsdrucks ist. Wasser wurde gegen die Unterseite einer Probe mit einem Durchmesser von 11,25 cm gepresst, die durch zwei kreisförmige Gummidichtungen in einer Klemmanordnung abgedichtet war. Die Probe wurde mit der gewebten Stoffseite nach unten gegen das Wasser befestigt, wobei die gewirkte Schicht mit der geklebten Naht zuoberst lag. Es ist wichtig, dass eine auslauffeste Dichtung durch den Klemmmechanismus, die Dichtungen und die Probe gebildet wird. In verformbaren Proben wurde die Probe mit einem Verstärkungsbaumwollstoff (zum Beispiel einem offenen Vliesstoff) überlagert, der über der Probe befestigt wurde. Die obere Seite der Probe mit der geklebten Naht war zu der Atmosphäre offen und für den Anwender sichtbar. Der Wasserdruck an der Unterseite der Probe wurde auf 2 Pfund pro Quadratinch (0,14 kg/cm²) durch eine Pumpe erhöht, die mit einem Wasserbehälter verbunden war, und durch eine Druckmessung angezeigt und durch einen Zwischenschieber reguliert. Die obere Seite der Probe wurde für einen Zeitraum von einer Minute auf das Erscheinen von Wasser, das im Falle eines Nichtvorhandenseins der Wasserdichte durch die Probe gepresst wird, visuell beobachtet. Flüssiges Wasser, das auf der Oberfläche zu sehen war, wurde als eine mangelhafte Wasserdichte der Prüfung interpretiert. Die Probe hat die Prüfung bestanden, wenn innerhalb eines Prüfzeitraums von einer Minute kein flüssiges Wasser auf der Oberseite der Probe zu sehen war.
Breite der Naht
Die Breite der Naht wurde entlang der Länge eines Prüflings an drei Stellen gemessen und gewichtet, um die Nahtbreite für diesen Prüfling zu erhalten. Drei Prüflinge wurden geprüft und der Mittelwert der drei Ergebnisse wurde berechnet. Die Breite wurde mittels einer Skala auf den nächsten mm gemessen.

Claims

Verfahren zum Zusammenfügen von wenigstens zwei Stücken eines wasserdichten Laminats durch Ausbilden einer wasserdichten Schweißnaht (80), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: a) Bereitstellen von wenigstens zwei wasserdichten Laminaten (1a, 1b), wobei jedes dieser Laminate wenigstens eine wasserdichte Funktionsschicht (50), die an eine Textilschicht (30) laminiert ist, aufweist, wobei die Textilschicht (30) aus Garnen hergestellt ist, die wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen, wobei die erste Komponente gegenüber einer ersten Temperatur stabil ist und die zweite Komponente bei einer zweiten Temperatur schmilzt, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und jedes der Laminate wenigstens eine Kante (60a, 60b) aufweist ; b) Nebeneinanderlegen der wenigstens zwei Laminate dergestalt, dass die Textilschichten einander berühren und wenigstens eine der Kanten (60a) eines der Laminate (1a) auf wenigstens eine der Kanten (60b) wenigstens eines anderen Laminats (1b) ausgerichtet ist, so dass ein Kantenbereich (65) entsteht; c) Verschweißen und Zusammendrücken des Kantenbereichs (65) bei einer Temperatur innerhalb des Schmelzbereichs der zweiten Komponente und unterhalb der ersten Temperatur, dergestalt, dass die zweite Komponente schmilzt und eine Naht zwischen den Stücken bildet; d) Abschneiden der Nahttoleranz; und e) Verschweißen und Zusammendrücken der Naht dergestalt, dass die Kanten der wenigstens zwei Laminate in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung neu ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) und Schritt d) gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 230°C schmelzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Komponente gegenüber einer Temperatur von wenigstens 180°C stabil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Temperaturunterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur wenigstens 20°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) und e) bei gleichen Temperaturen ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 230°C ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt e) bei einer Temperatur von 160°C bis 230°C ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) und Schritt e) unter Verwendung von Ultraschallenergie ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) und Schritt e) in einem kontinuierlichen Prozess ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funktionsschicht (50) aus expandiertem Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Naht (80) durch wenigstens eine Verstärkung verstärkt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verstärkung aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Bänder, Fäden und Textillaminate aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verstärkung aus der Gruppe von Fäden ausgewählt ist, die wenigstens eine Komponente aufweisen, die bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 230°C schmilzt.
Kombination aus wenigstens einem ersten Laminat (1a) mit einer ersten Kante (60a) und einem zweiten Laminat (1b) mit einer zweiten Kante (60b), die an einer wasserdichten Schweißnaht (80) in einem Kantenbereich (65) zusammengefügt sind, wobei jedes der Laminate Folgendes aufweist: eine Schicht (50), die eine wasserdichte Funktionsschicht aufweist, und eine Textilschicht (30), die an die Schicht (50) laminiert ist, wobei die Textilschicht (30) aus Garnen hergestellt ist, die wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen, wobei die erste Komponente gegenüber einer ersten Temperatur stabil ist und die zweite Komponente bei einer zweiten Temperatur schmilzt, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur. und wobei die Naht (80) durch die geschmolzene zweite Komponente und die nicht-geschmolzene erste Komponente der Textilschichten jedes Laminats gebildet wird, und wobei die erste Kante (60a) auf die zweite Kante (60b) in einer Kante an Kante aneinanderstoßenden Ausrichtung ausgerichtet ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei jedes der Laminate (1a, 1b) eine Laminatdicke aufweist und die Schweißnaht (80) eine Nahtdicke aufweist, wobei die Nahtdicke gleich der Laminatdicke ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Schweißnaht (80) nicht geradlinig ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Schweißnaht (80) die Form wenigstens einer Krümmung hat, so dass eine dreidimensionale Kombination entsteht.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Schweißnaht (80) durch wenigstens eine Verstärkung verstärkt ist.
Kombination nach Anspruch 19, wobei die Verstärkung aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Bänder, Fäden und Textillaminate aufweist.
Kombination nach Anspruch 20, wobei die Verstärkung aus der Gruppe von Fäden ausgewählt ist, die wenigstens eine Komponente aufweisen, die bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 230°C schmilzt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die zweite Komponente bei einer Temperatur im Bereich von 160°C bis 230°C schmelzbar ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die erste Komponente gegenüber einer Temperatur von wenigstens 180°C stabil ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei der Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur wenigstens 20°C beträgt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Naht (80) einem Wassereindringdruck von wenigstens 0,13 bar widersteht.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Naht (80) eine Breite von weniger als 0,25 cm hat.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Textilschicht (30) aus mehreren Garnen in der Form von Strängen, Filamenten, Fäden oder Fasern zusammengesetzt ist.
Kombination nach Anspruch 27, wobei das Garn eine Mantel-Kern-Struktur aufweist, wobei die zweite Komponente den Überzug bildet.
Kombination nach Anspruch 27, wobei das Garn eine "Seite-an-Seite"-Struktur aufweist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die zweite Schicht (30) eine gewirkte, gewebte oder Vlies-Textilschicht ist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die erste Komponente aus der Gruppe von Polymeren ausgewählt ist, die Polyester-, Polyamid-, Zellulose- oder Proteinfasern aufweist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei es sich bei der ersten Komponente um Polyamid 6.6 handelt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei es sich bei der zweiten Komponente um ein Thermoplast handelt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die zweite Komponente aus der Gruppe von Thermoplastkunststoffen ausgewählt ist, die Copolyester, Polyamid, Copolyamid und Polyolefin aufweist.
Kombination nach Anspruch 15, wobei es sich bei der zweiten Komponente um ein Polypropylen handelt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei es sich bei der zweiten Komponente um ein Polyamid 6 handelt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die zweite Komponente unter Verwendung von Ultraschallenergie geschmolzen wird.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Naht (80) kontinuierlich ausgebildet wird.
Kombination nach Anspruch 15, wobei es sich bei der Funktionsschicht (50) um eine Membran oder eine Folie handelt.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Funktionsschicht (50) aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die aus Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyketonen, Polysulfonen, Polycarbonaten, Fluorpolymeren, Polyacrylaten, Polyurethanen, Copolyetherestern und Copolyetheramiden besteht.
Kombination nach Anspruch 15, wobei die Funktionsschicht (50) aus expandiertem Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist.
Bekleidungsgegenstände, die wenigstens eine Kombination nach Anspruch 15 aufweisen.