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Die Erfindung betrifft allgemein poröse Elemente und ist auf
derartige Elemente zum Ausgeben von Flüssigkeit und auf Farb-
bzw. Tinten-Ausgabesysteme, Farbausgabematerialien und
Druckelemente anwendbar.
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Die US-A-5 213 751 und die EP-A-0 575 771 beschreiben ein
Verfahren zum Herstellen eines porösen Elements aus einem
Schaum, wobei das Verfahren das Anordnen einer Schaumschicht
in einer Presse zwischen zwei Elementen, das Erzeugen eines
Temperaturgradienten in dem Schaum und das Anwenden von Druck
auf den Schaum über die Elemente umfaßt.
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In der US-A-5 213 751 wird nur eines der Elemente erwärmt und
ein Abstandsstück mit einer Dicke, die kleiner als die Dicke
der Schaumschicht ist, wird zwischen den Elementen verwendet.
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In der EP-A-0 575 771 kann der Schaum ein Polyurethan mit
offenen Zellen sein, das von einem der Elemente auf eine
Temperatur zwischen 200ºC und 250ºC erwärmt wird.
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In dem Druckbetrieb des Aufschlag-Typs wird eine
Trommel/Platte mit Farbe versehen, durch eine Farbwalze oder
ein Farbkissen, und zwar unmittelbar bevor ein Kontakt mit
einem Medium, wie beispielsweise Papier, hergestellt wird.
Das Farbanbringungselement kann eines von zwei Typen sein,
und zwar ein Typ, bei dem Farbe kontinuierlich an das
Farbanbringungselement zugeführt wird, und der andere Typ,
bei dem das Farbanbringungselement eine Farbmenge speichert
und ersetzt wird, wenn diese Farbmenge aufgebraucht worden
ist. In einem System, bei dem Farbe kontinuierlich zugeführt
wird, muß ein Verfahren zum Wiederauffüllen der Farbe
bereitgestellt werden. Das Verfahren kann z. B. eine Pumpe
sein, die als ein Reservoir für ein Flachbett-Farbkissen-
Drucksystem angebracht ist. Bezüglich eines unabhängigen
Farbanbringungselements bestehen die Vorteile darin, daß ein
Mechanismus zum Zuführen von Farbe an das
Farbanbringungselement nicht benötigt wird, aber der Nachteil
besteht darin, daß das Farbanbringungselement von Zeit zu
Zeit auf einer viel häufigeren Basis ersetzt werden muß. Es
besteht auch eine Tendenz, daß die Druckintensität sich von
dunkel auf hell ändert, wenn sich die Farbe in der Walze oder
in dem Kissen langsam entleert. Die vorliegende Erfindung ist
auf ein Farbanbringungselement gerichtet, welches eine
relativ große Farbmenge speichern kann, aber dennoch die
Farbe effizient zuteilen oder zumessen kann. Obwohl das
Farbelement die hauptsächlichen Vorteile als eine unabhängige
Farbanbringungsschicht aufweist, kann das Farbelement
entweder als die Druckplatte (Element) zum Transferieren von
Druckzeichen (Schrifttypen oder Muster) oder als ein
Farbtransfermedium zum Zuführen von Farbe an eine speziell
vorgesehene (getrennte) Druckplatte verwendet werden.
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Eines der Verfahren, die im Stand der Technik zum Herstellen
von Druckelementen und Farbtransferelementen oder
Zumeßmaterialien verwendet wird, besteht darin, das
voranstehend erwähnte Element aus porösen polymerischen
Materialien herzustellen, die spezifisch für eine gegebene
Anwendung vorbereitet werden. Ein derartiges Verfahren
besteht darin, ein Füllmaterial (auch als ein porenbildendes
Material bekannt) mit einem Polymer zu mischen und das
Füllmaterial durch einen Auslaugungsprozeß nach Abschließen
einer Reihe von Schritten zum Herstellen des Produkts zu
entfernen. Wenn das Füllmaterial ein wasserlösliches Salz
ist, dann wird das Füllmaterial mit Wasser ausgelaugt,
ansonsten wird das Füllmaterial mit einem geeigneten
organischen Lösungsmittel ausgelaugt. Die vorangehende
Vorgehensweise ermöglicht, daß in dem Zumeßmaterial Poren
gebildet werden. Die Größe und die Form der Poren werden
durch die überwachte Größe (Gittergröße) und Form des
Füllmaterials gesteuert. Das Polymer und das Füllmaterial
werden zunächst mit oder ohne eine externe Erwärmung eng
vermischt und dann einem Kompressionsformungsvorgang oder
Spritzgußvorgang ausgesetzt, um die fast netzartige
Schaumform zu erhalten, bevor das Füllmaterial ausgelaugt
wird, um das Füllmaterial zu entfernen und die Poren zu
erzeugen. Während des Formungsvorgangs oder Spritzgußschritts
oder in einem getrennten Schritt wird das poröse Material,
welches so gebildet ist, weiter verarbeitet, um
Farbzumeßkissen, Walzen oder tatsächliche Druckelemente zu
bilden. Das voranstehend erwähnte poröse Material stellt
freie Volumen zum Halten von Farbe bereit.
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Einer der Nachteile der vorangehenden Vorgehensweise besteht
darin, daß das Füllmaterial vorsichtig gesteuert werden muß,
um die Porengrößenverteilung aufrechtzuerhalten.
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Ein anderer Nachteil der voranstehend erwähnten
Vorgehensweise besteht darin, daß das Verhältnis von Polymer
zu Füllmaterial vorsichtig gesteuert werden muß. Wenn das
Verhältnis von Polymer zu Füllmaterial hoch ist, dann kann
das Füllmaterial verkapselt und nicht herausgewaschen werden.
Wenn das Verhältnis von Polymer zu Füllmaterial hoch ist,
dann wird das sich ergebende Material auch geschlossene
Zellenporen aufweisen, durch die Flüssigkeit nicht fließen
kann, sogar wenn das Füllmaterial herausgewaschen wird. Wenn
das Verhältnis von Polymer zu Füllmaterial niedrig ist, dann
kann das Zumeßmaterial nicht per Spritzguß geformt oder durch
einen Formungsvorgang gebildet werden. Auch die
abschließenden Dimensionen und die mechanischen Eigenschaften
hängen kritisch von den anfänglichen Polymer-
Füllmaterialverhältnissen ab. Bestimmte Füllmaterialien, wie
Natriumnitrat können auch ein Feuerrisiko darstellen,
entweder während einer Größenabmessung oder eines Einbaus
während einer Herstellung, die hohe Temperaturen erzeugt oder
bei der hohe Temperaturen beteiligt sind. Auch spezielle
Vorkehrungen werden bei einem derartigen Mischvorgang
benötigt, da die Füllmaterialien aus sehr feinen Partikeln
(Aufbau einer statischen Ladung) bestehen.
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Ein zusätzlicher Nachteil der voranstehend erwähnten
Vorgehensweise besteht darin, daß der herkömmliche
Auslaugungsprozeß Flüssigkeiten verschwendet, die in
geeigneter Weise angeordnet werden müssen, was zu erhöhten
Kosten des Prozesses führt.
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Ein anderes Verfahren, das von dem Stand der Technik
verwendet wird, um Druckelemente und Farbelemente oder
Zumeßmaterialien herzustellen, ist ein Prozeß, bei dem das
Mischen von flüssigen Plastizitierern, Polyvinylchlorid und
Farbe beteiligt ist, wie in dem U. S. Patent Nr. 3,971,315 mit
dem Titel "Macroporous Microporous Marking Structure" von
Frederick C. Hansen offenbart ist. In dem Prozeß ist
angegeben, die Porengrößenverteilung von breiteren Bereichen
zu unterstützen, weist aber noch sämtliche Nachteile im
Zusammenhang mit dem generischen Polymer auf -
Filterprozesse. Zusätzlich weist das Material mehrere
Schichten auf, und jede Schicht muß getrennt verarbeitet
werden, bevor die Schichten kombiniert werden, und somit
neigt die gesamte Herstellung dazu, arbeitsaufwendig zu sein.
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Ein weiterer Nachteil des obigen Prozesses besteht darin, daß
es wahrscheinlich ist, daß eine Haut auf der Oberfläche des
Materials während der Verarbeitung gebildet wird. Die Haut
verhindert den gesteuerten Fluß von Farbe von dem Innenraum
des Materials zur äußeren Oberfläche des Materials. Somit
kann ein zusätzlicher Schleifschritt erforderlich sein, um
die Poren auf der Hautoberfläche zu öffnen.
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Ein anderes Verfahren, das von dem Stand der Technik
verwendet wird, um Druckelemente und Farbelemente oder
Zumeßmaterialien herzustellen, ist ein Prozeß, der ein
physikalisches oder chemisches Blasen von Reaktionsmitteln
verwendet. Ein physikalisches Blasen umfaßt z. B. das Zuführen
von Luft oder eines Gases in flüssige Monomere vor einer
Polymerisierung und Aushärtung. Eines der Probleme, die mit
einem physikalischen Blasen zusammenhängen, ist das Steuern
der Größe, der Form und der Verbindung von Poren. Somit ist
eine Steuerung der optimalen physikalischen Eigenschaften
schwierig.
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Ein Nachteil der vorangehenden Vorgehensweise besteht darin,
daß eine große Variation von Eigenschaften des Materials
innerhalb eines Stapels und von Stapel zu Stapel existiert.
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Ein chemisches Blasen von Reaktionsmitteln, wie 2,2' -
Azobis (Isobutyronitril) oder ADN würde das gleiche Ergebnis
wie ein physikalisches Blasen erzielen. Die Nachteile eines
chemischen Blasens von Reaktionsmitteln (CBA) sind deren hohe
Kosten und in einigen Fällen deren Giftigkeit. CBA kann auch
die thermische Stabilität des Polymers herabsetzen, indem
eingebettete thermische Zersetzungsprodukte zurückgelassen
werden.
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Eine andere gebräuchlicherweise verwendete Praxis besteht
darin, zusammengesetzte Materialien, die aus
unterschiedlichen Schichten der gleichen oder verschiedenen
polymerischen Materialien mit unterschiedlichen
Porengrößenverteilungen bestehen, zusammen herzustellen,
indem sie mit Klebemitteln oder anderen Mitteln verbunden
werden. Die Nachteile von derartigen Prozeduren bestehen
darin, daß eine Auswahl von zueinander kompatiblen
Materialien schwierig ist. Die Verwendung von Klebemitteln
fügt Probleme einer geeigneten Bindung ohne eine Verstopfung
der Poren hinzu, was somit die Flußeigenschaften verringert.
Die Klebemittel können aufgrund der Farblösungsmittel eine
Tendenz aufweisen, sich während der Verwendung zu trennen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein poröses
Element bereitgestellt, das umfaßt: einen Körper, der aus
einem porösen warmhärtbaren oder thermoplastischen Material
mit offenen Zellen und mit einem Dichtegradienten von
Porengrößen gebildet ist, wobei das poröse Material eine
erste Schicht mit einer Dicke zwischen ungefähr 0,4 mm und
ungefähr 1,4 mm und mit allgemein kleinen Porengrößen von
ungefähr 10 um bis ungefähr 80 um, eine zweite Schicht, die
an die erste Schicht angrenzt, mit einer Dicke zwischen
ungefähr 1 mm und ungefähr 1,3 mm und mit allgemein
mittleren Porengrößen zwischen ungefähr 40 um und ungefähr
150 um; und eine dritte Schicht, die an die zweite Schicht
angrenzt, mit einer Dicke zwischen ungefähr 2,5 mm und
ungefähr 3,0 mm und mit allgemein großen Porengrößen zwischen
ungefähr 100 um und ungefähr 300 um aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein
Farbausgabesystem vorgesehen, das ein poröses Element der
vorliegenden Erfindung umfaßt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine
Druckeinrichtung vorgesehen, in die ein poröses Element der
vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine
Postbearbeitungsmaschine oder eine Frankiermaschine
vorgesehen, in die eine Druckeinrichtung der vorliegenden
Erfindung eingebaut ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie
diese umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die
beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen
zeigen:
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Fig. 1 eine Zeichnung einer Querschnittsansicht des
löchrigen Materials vor einem differentiellen
Verfilzen;
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Fig. 2 eine Zeichnung einer Querschnittsansicht des
Materials in Fig. 1 nach einem differentiellen
Verfilen; und
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Fig. 3 eine schematische Zeichnung der Presse, die für
eine differentielle Größeneinstellung verwendet
wird.
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Die folgenden Ausführungen beschreiben ein Verfahren zum
Herstellen eines Flüssigkeitsausgabeelements, bei dem ein
zweiter Prozeß beteiligt ist, der einen differentiell
verfilzten Schaum aus gewöhnlichen warmhärtbaren oder
thermoplastischen Polymeren mit offenen Zellen bildet. Ein
Material oder ein Druckelement, welches so gebildet ist,
verteilt Farben oder andere Flüssigkeiten gleichförmig,
während es als ein effektives Reservoir mit einer Kapazität
wirkt, um Farbe nur auf einer Anforderungsbasis hin
zuzuführen. Der voranstehend erwähnte Verfilzungsprozeß
erzeugt einen Dichtegradienten mit einer Porengröße in der
Dickenrichtung innerhalb des Materials, um bei einer
derartigen verbesserten Zumessung von Farben und anderen
Flüssigkeiten unterstützend zu wirken. Mit anderen Worten,
die obere Oberfläche des Zumeßmaterials kann Poren aufweisen,
die allgemein eine kleine Größe aufweisen, die mittlere
Schicht des Zumeßmaterials kann Poren aufweisen, die
allgemein eine mittlere Größe aufweisen, und die untere
Schicht des Zumeßmaterials kann Poren aufweisen, die
allgemein eine große Größe aufweisen. Der Prozeß verschließt
auch die Poren auf der oberen Oberfläche nicht. Somit wird
keine Haut gebildet, die nachträglich entfernt werden muß.
Das Material kann auch als Druckelemente verwendet werden,
mit den Zeichen oder Mustern auf der oberen Oberfläche (der
feineren Porenoberfläche) gebildet, die während des
Verfilzungsprozesses erzielt werden können. Die Druckmuster
können auch in einem nachfolgenden Ätz- oder Formungsschritt
erzeugt werden.
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Der Prozeß, der den differentiell verfilzten Schaum bildet,
umfaßt die richtungsgebundene, gesteuerte Anwendung eines
Drucks und von Wärme auf die gewöhnlichen Schaumpolymere mit
offenen Zellen. Der obige Prozeß bewirkt, daß eine permanente
abgestufte Kompression in dem Schaummaterial eingestellt
wird. Beispiele von derartigen thermohärtbaren oder
thermoplastischen löchrigen oder porösen Schaummaterialien
mit offenen Zellen sind Polyurethan, Polyolefin, Polyäthylen,
Neopren (Chloropren) und Melamin-Formaldehyd.
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Nun wird mit Einzelheiten auf die Zeichnungen Bezug genommen
und insbesondere auf die Fig. 1, in der das Bezugszeichen 11
ein thermohärtbares oder thermoplastisches löchriges Material
mit offenen Zellen darstellt. Beispiele von thermohärtbaren
oder thermoplastischen löchrigen Materialien sind
Polyurethan, Polyolefin, Polyäthylen, Neopren (Chloropren)
und Melamin-Formaldehyd. Die Poren 10 des Materials 11 weisen
eine Größe von ungefähr 10 um bis 300 um auf. Poren 10 sind
überall in dem Material 11 zufällig verteilt. Obwohl es einen
breiten Bereich mit Größen der Poren 10 gibt, besteht das
Material hauptsächlich aus den größeren Poren, in der Nähe
des oberen Bereichs, der hier erwähnt wurde. Poren 10 mit
einer Größe von 150 um und darüber sind deshalb in dem
gewöhnlichen Material hervortretender.
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Fig. 2 ist eine Zeichnung eines Querschnitts des Materials 11
der Fig. 1 nach einem differentiellen Verfilzen. Der Prozeß,
in dem ein Verfilzen ausgeführt wird, wird nachstehend in der
Beschreibung der Firg. 3 beschrieben. Nachdem das Material 11
differentiell verfilzt worden ist, wird es als ein Material
12 bezeichnet. Das Material 12 kann als ein
Farbtransferelement oder in einer Farbkartusche in einem
Anschlagdrucker verwendet oder in einer Druckplatte
ausgebildet werden. Das Farbanbringungselement ist allgemein
bei 12 in der Form eines Kissens dargestellt und weist eine
obere Schicht 13 auf, die als eine Zumeßschicht mit allgemein
kleinen Poren 14 darin dient. Die Poren 14 der oberen Schicht
13 können eine Größe von ungefähr 10 um bis 80 um aufweisen.
Angrenzend an die obere Schicht 13 befindet sich eine
mittlere Schicht 15, die allgemein mittlere Poren 17
aufweist. Die Poren 17 können als ein Farbreservoir dienen
und weisen eine Größe von 40 um bis 150 um auf. Angrenzend an
die mittlere Schicht 15 befindet sich eine untere Schicht 19,
die allgemein große Poren 20 aufweist. Die Poren 20 können
als ein Farbreservoir dienen und weisen eine Größe von
ungefähr 100 um bis 300 um auf.
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Es versteht sich von selbst, daß die Änderung in der
Porengröße, die durch den voranstehend hier beschriebenen
Prozeß ausgeführt wird, relativ allmählich ist und daß keine
scharfe Trennung zwischen der oberen Schicht 13, der
mittleren Schicht 15 und der unteren Schicht 19 besteht. Mit
anderen Worten, die Porengrößen werden überlappen und
zwischen jeweils zwei Schichten, wie voranstehend erwähnt,
können Zonen mit Porengrößen vorhanden sein, die dazwischen
fallen. Die Identifikation der oberen Schicht 13, der
mittleren Schicht 15 und der unteren Schicht 19 sind nur zum
Darstellen des Phänomens vorgesehen.
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Die Oberschicht 13 wird von den Druckelementen eines
Druckkopfs für den Zweck verwendet, daß das Kissen 12 Farbe
an derartige Schrifttypen zuführt. Nach einem Kontakt mit dem
Druckkissen 12 würden die Schrifttypen ein Medium, wie
beispielsweise Papier, kontaktieren, um Farbe daran zu
übertragen und den Druckbetrieb zu beenden, wie im Stand der
Technik bekannt ist. Die Oberschicht 13 dient als eine
Zumeßschicht und wird Farbe langsam auf einer
Anforderungsbasis hin auf die Anwendung eines Drucks hin
freigeben, um die Farbmenge zu steuern, die an die
Schrifttypen eines Druckkopfs zugeführt wird. Wenn Farbe von
der oberen (Zumeß-) Schicht 13 an die Schrifttypen
transferiert wird, wird eine Ersetzungsfarbe von der
mittleren Schicht 15 an die obere Schicht 13 aufgrund deren
Kontaktfluß geführt. Die mittlere Schicht 15 dient als ein
Farbreservoir und weist allgemein mittlere Poren 17 auf, die
Farbmengen erhalten können. Wenn Farbe von der mittleren
Schicht 15 an die obere Schicht 13 übertragen wird, wird
Farbe auch Von der unteren Schicht 19 an die mittlere Schicht
15 übertragen. Die untere Schicht 19 dient als das
Hauptfarbreservoir und weist allgemein größere Poren 20 auf,
die große Farbmengen halten können. Es erübrigt sich zu
erwähnen, daß, nachdem die Farbe im Verlauf der Druckbetriebe
ausreichend abgegeben worden ist, das Kissen 20 mit einem
Kissen mit einem vollen Farbvorrat ersetzt würde, wenn es
nicht kontinuierlich mit Farbe versorgt wird.
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Die monotone Änderung in der Porengröße von der unteren
Schicht zur mittleren Schicht 15 und zur oberen Schicht 13
bestimmt somit die Bildung einer getrennten
Hauptspeicherschicht für Farbe in der unteren Schicht 19,
einer Transferschicht in der mittleren Schicht 15 und einer
Zumeßschicht in der oberen Schicht 13.
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Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung der Presse 40 (in
einem geschlossenen Zustand), die für eine differentielle
Größeneinstellung verwendet wird. Die Presse 40 umfaßt: eine
obere Druckplatte 24, die mit einer Schicht aus Teflon® 25
beschichtet ist; eine untere Druckplatte 26, die mit einer
Schicht aus Teflon® 27 beschichtet ist; einen Rammbock 28;
und Abstandsstücke oder Formungshohlräume 28. Die obere
Druckplatt 24 und die untere Druckplatte 26 können nach oben
bewegt werden und gleiten herunter 30, so daß ein Material 11
zwischen Abstandsstücke oder Formungshohlräumen 29 zwischen
die Druckplatten 24 und 26 plaziert werden kann. Der
differentielle Verfilzungsprozeß wird durch Erwärmen des
oberen Materials 11 daran erreicht. Fig. 1 ist eine Zeichnung
eines Querschnitts des löchrigen Materials 11 vor dem
differentiellen Verfilzungsprozeß, und Fig. 2 ist eine
Zeichnung des löchrigen Materials 11 nach dem differentiellen
Verfilzungsprozeß, wenn das Material 11 das Material 12 wird.
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Das Material 11 kann irgendein geeignetes löchriges Material
sein, beispielsweise Polyurethan, Polyäthylen, andere
Polyolefine, Polychloropren, Melamin-Formaldehyd und
dergleichen. Die wichtige Erwägung besteht darin, daß das
löchrige Material ein Schaum mit offenen Zellen ist und daß
es mit der Farbe kompatibel ist, die es ausgeben soll. Es
sollte auch die anderen mechanischen Eigenschaften (wie Zug-
und Biegemodule, Kompressibilität, Härte, Dichte,
Verwindungssteifigkeit, Eindrückkraft etc.) aufweisen.
Flüssigkeitsflußeigenschaften sind auch sehr wesentlich. Ein
bevorzugtes Material ist Polyurethan, für die Klasse von
Farben, die in den U. S. Patenten mit den Nummern 5,114,478
und 5,091,006 beschrieben sind, die hier durch Bezugnahme
Teil der vorliegenden Anmeldung sind.
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Das folgende Beispiel beschreibt den differentiellen
Größeneinstellungsprozeß für das Material 11, wenn das
Material 11 ein Polyurethanschaum ist.
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Das Verfahren zum Steuern der Dichte der oberen Schicht 13
(Fig. 2) besteht darin, eine Kompression zu erzeugen, die auf
eine feste Dicke eines Materials 11 eingestellt ist, während
die Poren untereinander verbunden gehalten werden. Ein
Material 11 mit einer Länge von 130 mm und einer Breite von
38,6 mm und einer Dicke von ungefähr 6,2 mm wurde auf den
oberen Teil der unteren Platte 26 einer Presse 40 und
zwischen zwei Abschirmungen oder Formungshohlräumen 29
plaziert. Die obere Druckplatte 24 der Presse 40 wurde auf
eine Temperatur von 380 bis 450ºF (ungefähr 193 bis 233ºC)
erwärmt, und eine Last von ungefähr einer Kraft von 8000 bis
9000 kg auf einer 165 mm Rammbockpresse 28 wurde auf die
untere Druckplatte 26 für 2,5 bis 3,5 Minuten angewendet. Es
sei darauf hingewiesen, daß die Last nicht kritisch ist, da
sie nur erforderlich ist, daß die obere Druckplatte 24 an den
Abstandsstücken oder Formungshohlräumen 29 anliegt. Die Höhe
des Abstandsstücks oder der Formungshohlräume 29 bestimmt die
abschließende Dicke des Materials 11. Typischerweise wird der
Formungshohlraum oder das Abstandsstück 29 eine Dicke von
zwischen 4,4 bis 4,8 mm aufweisen, was kleiner als die
ursprüngliche Dicke des Materials 11 ist. Dies ergab eine
obere Schicht 13 (Fig. 2) mit einer Dicke im Bereich von
0,4 mm bis 1,4 mm. Vorzugsweise wird die Dicke der oberen
Schicht 13 nahezu 0,762 mm sein. Die mittlere Schicht 15 wird
ebenfalls während des obigen Prozesses gebildet und sie weist
eine Dicke von 1 mm bis 1,3 mm auf, und die Dicke der unteren
Schicht 19 wird 2,5 mm bis 3,5 mm sein. Die Variablen, wie
Druck, Temperatur und Zeit des "Verfilzungs"-Prozesses werden
für jede Endverwendung optimiert, die Farblösungsmittel,
feste Inhalte, Viskosität, Oberflächenspannung und Farbmenge,
die während jedes Druckzyklusses transferiert werden, etc.,
berücksichtigt. Die Auswahl des polymerischen Materials ist
kritisch wichtig, da ein polymerisches Anschwellen stark von
der Art des Lösungsmittels abhängt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann irgendein
geeignetes Formungsfreigabe-Reaktionsmittel verwendet werden,
d. h. eine mit Polytetrafluoroäthylen beschichtete Platte mit
einer Dicke von ungefähr 6,0 mm, wurde zwischen die obere
Platte 26 und das Material 11 angeordnet. Natürlich könnte
anstelle der Schichten 25 und 27 die Kontaktoberfläche der
Platten 24 und 26 mit Polytetrafluoroäthylen oder irgendeinem
geeigneten Formungsfreigabe-Reaktionsmittel beschichtet
werden.
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Das löchrige Material, welches hier beschrieben wurde, ist
eine spezielle Klasse von Polyurethan wegen ihrer
Vielfältigkeit und Kompatibilität mit der Farbe für die
beabsichtigte Anwendung. Die physikalischen Eigenschaften,
wie Kompressionsstärke, Festigkeit, Konformanz, Anpassung,
Abnutzung, Dehnung, Zug- und Biegemodule, etc., dieser Klasse
von Urethanen eignet sich ideal für die besagte Anwendung.
Das Material weist eine gute Abnutzungsfestigkeit und die
erforderlichen Anschwellungscharakteristiken für die in Frage
stehende Klasse von Farben auf. Diese Faktoren steuern die
Farbausgabe, den Fluß und die Herausgabe und sind auch eine
kritische Anforderung für die mechanische und chemische
Langzeitstabilität des Materials.
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Wichtiger ist die Tatsache, daß die überschüssige Farbe, die
nach dem Druckzyklus zurückgelassen wird, schnell wieder in
die unteren Schichten des Kissens absorbiert wird und somit
kein Ansammeln von Farbe auf der oberen Oberfläche
stattfindet. Zusätzlich werden minimale gasförmige Produkte
während des Größeneinstellungsprozesses erzeugt. Farbe weist
keine Tendenz dahingehend auf, aus dem Kissen während einer
Versendung, Behandlung und Speicherung herauszulaufen. Bei
Umgebungstemperaturen weisen die mit Farbe versehenen Kissen
eine gute dimensionale Stabilität auf und durchlaufen über
eine Zeitperiode nach einer Imprägnierung mit den Farben
keine chemische Zersetzung.
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Die Eigenschaften des Urethans, das für das obige Beispiel
gewählt wurde, sind wie folgt:
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Ein Schaummaterial SIF (Standard Industrieschaum) Felt (8-
900Z) ist das Rohmaterial für die Farbkissenanwendung. Der
Schaum ist ein mit Polyurethan-Polyester retikulierter (mit
offenen Poren) vorverfilzter (permanent komprimierter) Schaum
von Foamex Inc. aus 3005 Commercial Road, Fort Wayne, IN
46809. Die Zahl 900 zeigt an, daß der Schaum vor einer großen
Einstellung 90 Poren pro linearem Inch aufweist. Die Zahl 8
zeigt an, daß der vorverfilzte Schaum auf 8 : 1 der
ursprünglichen Dicke komprimiert ist. Dies wird auch als
Festigkeit des Materials bezeichnet. Das "Z" stellt einen
Zapping-Prozeß dar, um eine Retikulierung sicherzustellen
oder abgeschlossene Poren zu enthalten.
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Physikalische Eigenschaften von Foamex SIF Felt (8-900Z)
Schaum
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Gradation: 900
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Festigkeit: 8
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Farbe: Natur (Beige), keine künstliche Färbung;
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Dichte: 14 bis 18 lb/cu.ft (ungefähr 224 bis 289 kg/m³) ASTM D3574;
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Dehnung: 425% ASTM D3574
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Luftdurchlässigkeit: 70 bis 120 ml/min
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(digitales Luftströmungsmeßgerät)
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Die Eigenschaften des differentiell verfilzten Produkts in
dem obigen Beispiel sind wie folgt:
Eigenschaft Spezifikation
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Kissenverwindung 0,5 inch max. (ungefähr 1,25 cm)
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Eindrückungskraft 3 bis 4 lb. (ungefähr 1,3 bis 1,81 kg)
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Ablenkung (25%) Luftdurchlässigkeit der oberen Oberfläche (digitales Luftströmungsmeßgerät) 13 bis 30 ml/min
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untere Oberfläche (digitales Luftströmungsmeßgerät) 70 bis 120 ml/min
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Gewicht des trockenen Kissens 6,3 bis 7,6 Gramm
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Das folgende Beispiel beschreibt den differentiellen
Verfilzungsprozeß für das Material 11, wenn das Material 11
Willtec® ist.
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Das Verfahren zum Steuern der Dichte der oberen Schicht 13
(Fig. 2) besteht in der Erzeugung einer Kompression, die auf
eine feste Dicke des Materials 11 eingestellt ist, während
die Verbindung der Poren untereinander aufrechterhalten wird.
Ein Material 11 mit einer Länge von 130 mm und einer Breite
von 38,6 mm und einer Dicke von ungefähr 5,1 mm wurde auf die
untere Druckplatte 26 einer Presse 40 und zwischen zwei
Abstandsstücke oder Formungshohlraum 29 gelegt. Die obere
Druckplatte 24 der Presse 40 wurde auf eine Temperatur von
550 bis 600ºF (ungefähr 287 bis 316ºC) erwärmt und eine Last
einer Kraft von ungefähr 600 bis 1000 kg auf einer 165 mm
Rammbockpresse 28 wurde auf die untere Druckplatte 26 über
7,0 bis 10,0 Minuten angewendet. Es sei darauf hingewiesen,
daß die Last nicht kritisch ist, da sie nur erforderlich ist,
daß die obere Druckplatte 24 an den Abstandsstücken oder an
dem Formungshohlraum 29 anliegt. Die Höhe des Abstandsstücks
oder des Formungshohlraums 29 bestimmt die abschließende
Dicke des Materials 11. Ein typisches Abstandsstück 29 wird
eine Dicke zwischen 4, 4 bis 4,8 mm weniger als die
ursprüngliche Dicke des Materials 11 aufweisen. Dies ergab
eine untere Schicht 13 (Fig. 2) mit einer Dicke im Bereich
von 0,4 mm bis 1,4 mm. Vorzugsweise ist die Dicke nahezu
0,762 mm. Die mittlere Schicht 15 wird ebenfalls während des
obigen Prozesses gebildet und sie weist eine Dicke von 1 mm
bis 1,3 mm auf, und die Dicke der unteren Schicht 19 wird 2,5
mm bis 3,0 mm sein. Die Variablen, wie der Druck, die
Temperatur und die Zeit des "Größeneinstellungs"-Prozesses
werden für jede Endverwendung optimiert, die die
Farblösungsmittel, Festkörperinhalte, die Viskosität, die
Oberflächenspannung und die während jedes Druckzyklus
transferierte Farbmenge etc. berücksichtigt. Die Auswahl des
polymerischen Materials ist kritisch wichtig, da eine
polymerische Anschwellung stark von der Art des Lösungsmittls
abhängt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann irgendein
geeignetes Formungsfreigabe-Reaktionsmittel verwendet werden,
d. h. eine mit Polytetrafluoroäthylen beschichtete Platte mit
einer Dicke von ungefähr 6,5 mm wurde zwischen die obere
Druckplatte 24 und das Material 11 plaziert. Natürlich könnte
anstelle der Schichten 25 und 27 die Kontaktoberfläche von
Druckplatten 24 und 26 mit Polytetrafluoroäthylen oder
irgendeinem anderen geeigneten Formungs-
Freigabereaktionsmittel beschichtet werden.
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Das hier beschriebene löchrige Material ist eine spezielle
Klasse von Melamin-Formaldehyd wegen deren Vielseitigkeit und
Kompatibilität mit der Farbe für die beabsichtigte Anwendung.
Die physikalischen Eigenschaften, wie die Kompressionsstärke,
die Festigkeit, die Konformität, die Anpassungsfähigkeit, die
Abnutzung, die Ausdehnung, Zug- und Biegemodule etc. dieser
Klasse von Melamin-Formaldehyd eignet sich ideal für die
besagte Anwendung. Das Material weist eine gute
Abnutzungsfestigkeit und die erforderlichen
Anschwellcharakteristiken für die in Frage kommende Klassen
von Farben auf. Dieser Faktor steuert das Farbhaltevermögen,
das Fließvermögen und das Herausgabevermögen und ist auch
eine kritische Anforderung, oder die mechanische und
chemische Langzeitstabilität des Materials.
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Viel wichtiger ist die Tatsache, daß die überschüssige Farbe,
die nach dem Druckzyklus zurückgelassen wird, schnell in die
unteren Schichten des Kissens reabsorbiert wird und somit
kein Ansammeln von Farbe auf der oberen Oberfläche
stattfindet. Zusätzlich werden minimale gasförmige Produkte
während des Größeneinsstellungsprozesses erzeugt. Farbe weist
keine Tendenz auf, aus dem Kissen während einer Versendung,
Behandlung und Speicherung herauszulaufen. Bei
Umgebungstemperaturen weisen die mit Farbe versehenen Kissen
eine gute dimensionale Stabilität auf und durchlaufen über
einer Zeitperiode nach Imprägnierung mit den Farben keinerlei
chemische Zersetzung.
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Willtec® ist ein flexibler Schaum mit offenen Zellen, einem
Melamin-gestützten Polymer und mit extrem geringer Dichte. Es
weist sehr gute chemische Widerstandseigenschaften auf. Die
nachstehende Tabelle zeigt einige der physikalischen
Eigenschaften.
Beurteilungsfaktor Kommerziell erhältlich
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Festigkeit: nicht verfilzt;
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Farbe: Weiß
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Dichte: 0,5 bis 0,7 lb./cu.ft. (ungefähr 8 bis 11,2 kg/m³);
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Dehnung: 8%
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Luftdurchlässigkeit 600 bis 700 ml/min. (digitales Luftströmungs-Meßgerät);
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Porengröße: 175 bis 300 um
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Dieses Willtec-Material mit geringer Dichte wird durch einen
Größenvoreinstellungsschritt geführt, um das Material zu
komprimieren. Die Eigenschaften des in der Größe
voreingestellten Materials sind wie folgt:
Eigenschaft Spezifikation
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Gradation: differentiell verfilztes Kissen;
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Festigkeit 2,5
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Das in der Größe voreingestellte Material mit der Festigkeit
2,5 wird durch den differentiellen Verfilzungsprozeß geführt.
Die Eigenschaften des differentiell verfilzten Materials in
dem obigen Beispiel sind wie folgt.
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Kissenverwirbelung: 0,5 inch Max. (ungefähr 1,25 cm)
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Gewicht eines in der Dichte trockenen Kissens 0,7 bis 0,8 Gramm
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Luftdurchlässigkeit: oben 500 bis 550 ml/min.
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unten 550 bis 600 ml/min.
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Eigenschafts-Spezifikationen
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Porengröße:
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oben 40 bis 80 um
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Übergang 80 bis 150 um
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unten 150 bis 200 um
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Wenn andere Schaummaterialien mit offenen Zellen gewählt
werden, wird eine Verfilzungstemperatur, ein Druck und eine
Verweilzeit so gewählt, um die optimalen Eigenschaften für
das abschließende Produkt zu ergeben. Wenn für z. B. Neopren
(Chloropren) als das Startmaterial 11 verwendet wird, dann
wird die Temperatur der oberen Platte 24 zwischen 480-500ºF
(ungefähr 250 bis 260ºC) gehalten, und ein Druck von 10.000
bis 12.000 kg wird verwendet. Eine Verweilzeit von 3 bis 4
Minuten ist erforderlich.
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Obwohl die Erfindung so beschrieben wurde, wie sie auf ein
Farbanbringungskissen angewendet wird, könnte sie natürlich
genauso gut mit anderen Ausbildungen von
Farbanbringungselementen verwendet werden, beispielsweise
Farbanbringungswalzen, Farbkartuschen sowie Druckplatten. Sie
könnte auch verwendet werden, um Farbe in einer Farbkartusche
schneller für eine Benetzung zu verwenden.
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Die Vorteile des beschriebenen Druckkissens und des
Verfahrens für dessen Herstellung besteht in der Einfachheit
der Herstellung und der Vielseitigkeit des Materials, was zu
einer verbesserten Qualität in einem Farbanbringungselement
bei viel geringeren Kosten führt. Keine speziellen
beruflichen Sicherheitsprozeduren außer standardmäßigen
Sicherheitsherstellungspraktiven werden benötigt. Ferner sind
keine ausgehenden Ströme von Liganden oder Gasen beteiligt.
Wenn es als ein unabhängiges Farbanbringungselement verwendet
wird, weist es eine Lebensdauer von 10.000 Druckzyklen auf.
Die Tatsache, daß nur ein elastomerisches Schaummaterial
verwendet wird, um das in der Dichte abgestufte Kissen zu
bilden, ist vorteilhaft, da eine Qualitätssteuerung einfacher
erzielt werden kann. Ferner muß man sich nicht um Klebemittel
kümmern, die ihre Eigenschaften über der Zeit verlieren, so
wie dies mit herkömmlichen dualen oder in der Dichte
multiplen Farbanbringungselementen, die mechanisch oder mit
Hilfe von Klebemitteln verbunden sind, aufgetreten ist.
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Die obigen Ausführungsformen sind nur zur Illustration
angeführt worden, und andere Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ergeben sich Durchschnittsfachleuten
aus der Berücksichtigung der ausführlichen Beschreibung.
Demzufolge sollen Beschränkungen der vorliegenden Erfindung
nur in den Ansprüchen gefunden werden.