PL190344B1

PL190344B1 - Włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze i sposób wytwarzania włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze

Info

Publication number: PL190344B1
Application number: PL99350092A
Authority: PL
Inventors: Dieter Groitzsch; Gerhard Schaut; Hans-Jörg Grimm
Original assignee: Freudenberg Carl Kg
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2005-11-30
Also published as: BR9916784A; AR017000A1; EP1159478A1; BR9916784B1; JP4039809B2; DE19900424A1; JP2002534616A; KR100404344B1; ATE292206T1; AU753366B2; US6723416B1; DE19900424B4; CA2357868C; PL350092A1; CA2357868A1; CN1333849A; KR20010101427A; HUP0105462A2; TW552331B; CN1107754C

Abstract

1 . Wlóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, skladajacy sie z materialu o luznej strukturze, siatki lub tkaniny z termoplastycznych filamentów bez konca z tworzy- wa sztucznego, o wielkosci oczek od 0,01 do 9 cm2, pokrytych obustronnie wlóknina, przy czym filamenty bez konca maja grubosc od 150 do 2000 µ m i sa w punktach wzajemnego styku zgrzane ze soba termicznie, zas punkty krzyzowania sie ze soba filamentów sa w kierunku wzdluznym 1 kierunku poprzecznym oddalone od siebie nie mniej niz 0,10 cm, znam ienny tym, ze warstwa wlókniny ma powtarzajace sie wzniesienia w ksztalcie fald lub fal 4 Sposób w y tw arzan ia w lóknistego w ytw oru po- wierzchniowego o trójwymiarowej strukturze wedlug zastrz 1, w którym m aterial o luznej stru k tu rze, siatk e lub tkanine o ciezarze co najm niej 3 do 300 g/m 2 i w ielkosci oczek od 0,01 do 9 cm 2 , w ykonana z filam entów bez konca z term opla- stycznego tworzywa sztucznego, przy odstepach sasiednich pun k tó w krzyzow ania sie filam entów nie mniejszych niz 0,01 mm, pokrywa sie z obu stron wlóknina i laczy sie ze soba pow ierzchniow o w szystkie w arstw y przy uzyciu znanych technik laminowania, znam ienny tym, ze stosuje sie dwuosiowo rozciagnieta siatke, po czym calosc poddaje sie termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradzw ieko- wemu, po czym wszystkie warstwy lam inatu poddaje sie wspólnie procesowi kurczenia w temperaturze, lezacej pomiedzy przedzialem mieknienia i topnienia materialu o luznej strukturze PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze i sposób wytwarzania włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze.

Pod pojęciem „wytworów o trójwymiarowej strukturze” należy rozumieć włókniste wytwory powierzchniowe, w których wzajemna orientacja i przestrzenne przyporządkowanie

190 344 poszczególnych włókien w jednej płaszczyźnie różnią się od wzajemnej orientacji i przestrzennego przyporządkowania poszczególnych włókien w następnej płaszczyźnie.

Przedmiotem wynalazku jest w szczególności włóknisty wytwór powierzchniowy, w którym co najmniej jedna warstwa materiału o luźnej strukturze, siatki lub tkaniny połączona jest obustronnie z warstwami włókniny.

Wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania takiego włóknistego wytworu powierzchniowego .

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 4,302,495 znane są tego typu włókniste wytwory powierzchniowe.

Jedna lub kilka warstw nieciągłych, termoplastycznych włókien polimerowych oraz jedna lub kilka warstw siatki o otwartych oczkach z grubych, termoplastycznych, nieciągłych włókien typu „meltblown” (rozdmuchiwanych w stanie stopionym), krzyżujących się ze sobą pod zadanymi kątami, łączy się ze sobą w drodze zgrzewania termicznego albo powierzchniowo, albo punktowo do postaci wytworu powierzchniowego o równomiernej grubości. Skłębione krótkie włókna maja średnicę pomiędzy 0,5 i 30 Lim przy gramaturze od 10 do 15 g/m². Opisane są zarówno kombinacje siatka/warstwa mikrowłókien/siatka, jak tez warstwa mikrowłókien/siatka/warstwa mikrowłókien. Korzystnym materiałem zarówno na mikrowłókna, jak tez na filamenty siatki, jest polipropylen. Taki wytwór powierzchniowy ma bardzo duza wytrzymałość na rozciąganie, której towarzyszy precyzyjnie regulowana porowatość. Warstwy mikrowłókien typu „meltblown” określają zewnętrzny wygląd i przykładowo własności filtracyjne, natomiast jedna lub więcej termoplastycznych siatek służy do wzmocnienia, kontroli porowatości i ewentualnie symulacji wyglądu tkanego materiału tekstylnego. Dlatego tez materiał nadaje się nie tylko na filtry, lecz również na sterylny materiał opatrunkowy w chirurgii. Inne dziedziny zastosowania stanowią obojętne chemicznie media filtracyjne i niezwilzalne, lekkie warstwy termoizolacyjne do wykorzystania w odzieży, rękawiczkach lub cholewkach butów.

Termiczne połączenie warstw pomiędzy sobą odbywa się pod naciskiem, na przykład pomiędzy ogrzewanymi walcami, przy czym w przypadku zgrzewania punktowego jeden z walców ma odpowiednią grawiurę. Dodatkowo przed nagrzaniem pomiędzy walce można wprowadzić promieniowanie cieplne Stopień oddziaływania cieplnego można tak ustawić, ze materiały włókniste ulegają zmiękczeniu, lecz nie podlegają takiemu wzrostowi temperatury, który sięga do temperatury topnienia ich krystalitów.

Stwierdzono, ze takie włókniste wytwory powierzchniowe nie wytrzymują przez dłuzszy czas maksymalnych nacisków lub innych dużych obciążeń mechanicznych bez znacznego sprasowania, jeżeli są przy pakowaniu, przechowywaniu i transporcie poddawane działaniu dużych nacisków i temperatur do 60°C, co ma miejsce przykładowo przy ich wysyłce do ciepłych krajów.

Ponadto z dokumentów US-A 4,522,863; GB 1 331 817; US-A 5,525,397 i WO 98/52458 znane są trójwymiarowe wytwory powierzchniowe, które składają się z materiału o luźnej strukturze, siatki lub tkaniny, połączonego obustronnie z warstwami włókniny.

Celem wynalazku jest zaproponowanie włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze, który nawet w temperaturze do 60°C wytrzymuje bez uszkodzeń maksymalne naciski do 6,9 kPa (1 psi) w kierunku prostopadłym do płaszczyzny powierzchni wytworu.

Ponadto celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu wytwarzania takiego włóknistego wytworu powierzchniowego.

Włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, składający się z materiału o luźnej strukturze, siatki lub tkaniny z termoplastycznych filamentów bez końca z tworzywa sztucznego, o wielkości oczek od 0,01 do 9 cm2, pokrytych obustronnie włókniną, przy czym filamenty bez końca maja grubość od 150 do 2000 pm i są w punktach wzajemnego styku zgrzane ze sobą termicznie, zaś punkty krzyzowania się ze sobą filamentów są w kierunku wzdłuznym i kierunku poprzecznym oddalone od siebie me mniej mz 0,10 cm, charakteryzuje się według wynalazku tym, ze warstwa włókniny ma powtarzające się wzniesienia w kształcie fałd lub fal.

Korzystnie grubość filamentów jednej lub kilku warstw materiału o luźnej strukturze w punktach krzyzowania się filamentów ze sobą jest do siedmiu razy większa niz ich grubość pomiędzy punktami krzyzowania

190 344

Korzystnie warstwy włókniny składają się z włókien dwuskładnikowych rdzeniowopłaszczowych lub typu „bok do boku”, przy czym składniki każdego włókna różnią się pomiędzy sobą temperaturą mięknienia

Sposób wytwarzania włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze, w^którym materiał o luźnej strukturze, siatkę lub tkaninę o cięzarze co najmniej 3 do 300 g/m i wielkości oczek od 0,01 do 9 cm , wykonana z filamentów bez końca z termoplastycznego tworzywa sztucznego, przy odstępach sąsiednich punktów krzyzowania się filamentów nie mniejszych niż 0,01 mm, pokrywa się z obu stron włókniną i łączy się ze sobą powierzchniowo wszystkie warstwy przy użyciu znanych technik laminowania, odznacza się według wynalazku tym, ze stosuje się dwuosiowe rozciągniętą siatkę, po czym całość poddaje się termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradźwiękowemu, po czym wszystkie warstwy laminatu poddaje się wspólnie procesowi kurczenia w temperaturze, leżącej pomiędzy przedziałem mięknienia i topnienia materiału o luźnej strukturze.

Korzystnie jeden lub kilka materiałów o luźnej strukturze pokrywa się z jednej lub z obu stron niezwiązanym runem, które co najmniej w części składa się z włókien dwuskładnikowych, zawierających składnik wyżej topliwy i składnik niżej topliwy, przy czym ten ostatni składnik ma temperaturę topnienia, która jest co najwyżej równa temperaturze topnienia tego składnika materiału o luźnej strukturze, który jest zdolny do skurczu, po czym poddaje się całość termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradźwiękowemu, a następnie przeprowadza się kurczenie pod wpływem ciepła lub za pomocą pary wodnej.

Korzystnie jeden lub kilka materiałów o luźnej strukturze przed przetworzeniem w wielowarstwowy wytwór powierzchniowy rozciąga się w kierunku wzdłuznym pomiędzy walcami, poruszającymi się z różnymi prędkościami, zaś w kierunku poprzecznym za pomocą rozszerzającej się ramy naciągowej.

Co najmniej dwie warstwy włókniny są połączone z poszczególnymi warstwami materiału o luźnej strukturze. Warstwy włókniny składają się z połączonych ze sobą mechanicznie i/lub termicznie włókien i biegną w kierunku powierzchni w sposób pofałdowany, w postaci geometrycznych, powtarzających się wzniesień lub pofalowań.

Struktura według wynalazku zawiera co najmniej jedną termoplastyczną, warstwę materiału o luźnej strukturze, siatki lub tkaniny z krzyżującymi się ze sobą i połączonymi w punktach krzyzowania poprzez nadtopienie filamentami bez końca o grubości od 150 do 2000 jm pomiędzy punktami krzyzowania się filamentów i sięgającymi siedmiokrotnej wartości tej grubości, pogrubieniami w punktach krzyzowania. Warstwa ta dla uproszczenia jest nazywana poniżej materiałem o luźnej strukturze, nawet wówczas, gdy chodzi o inne struktury z krzyżującymi się filamentami bez końca.

Wielkość oczek materiału o luźnej strukturze, to znaczy odstęp dwóch kolejnych punktów krzyzowania się filamentów w kierunku wzdłuznym, pomnożony przez odpowiedni odstęp w kierunku poprzecznym, wynosi 0,01 do 9 cm², przy załozeniu, ze punkty krzyzowania się filamentów w kierunku wzdłuznym i kierunku poprzecznym są od siebie oddalone nie mniej niz 0,10 mm.

Poszczególne połączenia między warstwami włókien i warstwami materiału o luźnej strukturze są punktowe.

Filamenty bez końca, tworzące materiał o luźnej strukturze, są przykładowo z polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6, poliamidu 6,6, politereftalanu butylenu, politereftalanu etylenu, elastomerów poliestrowych, kopoliestrów, kompolimerów etylenu i octanu winylu lub z poliuretanu.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku materiał o luźnej strukturze stanowi rozciągnięta dwuosiowe siatka. Rozciąganie w obu kierunkach przebiegu filamentów przeprowadza się znanymi metodami w kierunku wzdłuznym, przepuszczając siatkę przez szczelinę pomiędzy walcem obracającym się szybciej i walcem obracającym się wolniej, przy czym stosunek prędkości walca obracającego się szybciej i walca obracającego się wolniej wyznacza proporcje rozciągania. W kierunku poprzecznym rozciąganie przeprowadza się za pomocą rozszerzającej się ramy naciągowej.

Ten znany sposób powoduje redukcję grubości filamentów pomiędzy punktami krzyzowania się ich ze sobą, a co za tym idzie, redukcję gramatury o wartość wynoszącą do 95%.

190 344

W ramach wynalazku możliwe jest również takie wykonanie obustronnego pokrycia materiału o luźnej strukturze włókniną, ze każda z warstw włókniny ma odmienne własności pod względem jej pofałdowania lub parametrów wewnętrznych, jak na przykład gramatura, rodzaj włókien, wiązanie włókien.

Ogólnie rzecz biorąc, przy doborze parametrów włóknin w odniesieniu do składu, rodzaju włókien, wiązania włókien i ich orientacji specjalista kieruje się znanymi mu własnościami, które te warstwy powinny wykazywać. Aby zapewnić wysoką własną sztywność wzniesień i pofalowań, niezbędne jest intensywne związanie włókien włókniny pomiędzy sobą.

W przypadku utrwalania położenia włókien za pomocą środka wiążącego należy zastosować środek o silnych własnościach wiązących, ponieważ zapewni on sztywność własną i wytrzymałość mechaniczną włóknistego wytworu powierzchniowego.

Korzystnie odstępy od jednego punktu krzyżowania się filamentów do następnego takiego punktu w materiale o luźnej strukturze, a także stopień rozciągu i grubość filamentów w kierunku wzdłuznym i poprzecznym są w przybliżeniu jednakowe, ponieważ przy spełnieniu tych warunków po procesie kurczenia powstają wzniesienia o kołowym przekroju podstawy. Taki kształt przekroju nadaje wzniesieniom największą wytrzymałość na obciążenia ściskające w kierunku prostopadłym do płaszczyzny powierzchni.

Zależnie od doboru materiałów wyjściowych można wytwarzać wielowarstwowe włókniste wytwory powierzchniowe o gramaturach od 20 do 3000 g/m². Produkty o niskich gramaturach nadają się przykładowo na warstwy pieluch, wchłaniające i rozprowadzające ciecz, natomiast produkty o gramaturze do 3000 g/m² nadają się na maty filtracyjne o dużej objętości i dużej pojemności magazynowania filtratu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze w widoku z góry.

Na rysunku pokazany jest jeden z możliwych przykładów wykonania wynalazku w widoku z góry. Kompozyt 1 składa się ze skurczonego materiału 4 o luźnej strukturze i obu warstw włókniny 2 i 3. Warstwy włókniny są tak połączone ze skurczonym materiałem o luźnej strukturze, natomiast nie pomiędzy sobą, ze na włókninach, z obu stron materiału o luźnej strukturze, znajdują się wzniesienia 6 i wgłębienia 7. Pomiędzy wzniesieniami i poniżej nich znajdują się puste przestrzenie 12, 13, przepuszczalne dla płynnych mediów i wychwytujące z nich cząstki i pyły. Materiał o luźnej strukturze składa się z krzyżujących się monofilamentów 5.

Sposób wytwarzania włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze charakteryzuje się tym, że nieskurczony materiał o luźnej strukturze, siatkę lub tkaninę z termoplastycznych filamentów bez końca pokrywa się płasko z obu stron włókniną i łączy przy użyciu znanych technik laminowania w płaską włókninę. Włóknina może być wykonana wszelkimi znanymi środkami, a zatem na sucho poprzez gręplowanie, zgrzeblenie lub technikę układania z użyciem powietrza, układanie na mokro, względnie może być wykonana z włókien przędzionych ze stanu stopionego lub z filamentów bez końca. Następnie kompozyt poddaje się obróbce cieplnej, która wystarcza do tego, aby nastąpił powierzchniowy skurcz materiału o luźnej strukturze. Warstwy włókniny, które w porównaniu do materiałem o luźnej strukturze nie podlegają skurczowi lub skurcz ten jest wyraźnie mniejszy, tracą stateczność, tworząc wzniesienia prostopadłe do płaszczyzny powierzchni Włóknina może być związana na całej powierzchni lub na jej części W sposobie według wynalazku można stosować także włókniny perforowane.

Dalsze podwyższanie temperatury powoduje skurcz materiału o luźnej strukturze we włókninie. Temperatura skurczu zalezy od charakterystycznego dla materiału o luźnej strukturze zakresu mięknienia i topnienia termoplastów. Do zapoczątkowania skurczu temperatura musi leżeć pomiędzy obiema wymienionymi wartościami temperatur, przy czym skurcz jest tym większy, im bliżej temperatury topnienia termoplastów lezy strumień temperaturowy, oddziałujący na dzianinę. Dla specjalisty oczywiste jest przy tym, ze na wielkość skurczu ma również wpływ czas przebywania w danej temperaturze. Osiągane wielkości skurczu w kierunku wzdłużnym i poprzecznym względnie stosunek obu tych wartości można w dużej mierze określić poprzez dobór materiału o luźnej strukturze. Przy załozeniu bezdotykowego, przebiegającego bez zakłóceń skurczu stosunek skurczu wzdłużnego do poprzecznego jest równy 1:1 wówczas, gdy monofilamenty materiału o luźnej strukturze w kierunku wzdłuznym i po6

190 344 przecznym mają taki sam titr i ten sam stopień rozciągu. Jeżeli wymagany jest różny skurcz w kierunku wzdłuznym i poprzecznym, wówczas dobiera się dzianiny, których monofilamenty w kierunku wzdłuznym i poprzecznym zostały różnie rozciągnięte względnie których titr różni się znacznie przy jednakowym stopniu rozciągu. Można również stosować takie materiały o luźnej strukturze, których monofilamenty w kierunku wzdłużnym i poprzecznym są wykonane z różnych termoplastów. W tym przypadku wielkość skurczu i jego kierunek są wyznaczone przez składnik materiału o luźnej strukturze o nizszej temperaturze mięknienia, przy czym dobiera się temperaturę skurczu, lezącą pomiędzy temperaturą mięknienia i temperaturą topnienia niżej topliwego składnika materiału o luźnej m strukturze.

Wiązanie włókniny i laminowanie jej na materiale o luźnej strukturze można przeprowadzić również w ramach jednej operacji. Względy ekonomiczne przemawiają za tym sposobem.

Jako niewłókniste środki wiążące stosuje się wodne dyspersje tworzyw sztucznych, które nadrukowuje się z jednej lub z obu stron na kompozyt, względnie przeprowadza się pełne nasycenie mieszanką spienioną w nasycalni piankowej lub mieszanką niespienioną w kąpieli wodnej dyspersji tworzywa sztucznego. Następnie przeprowadza się suszenie i powoduje usieciowanie środka wiążącego w cieple.

Termoplastyczna aktywacja klejących włókien wewnątrz włókniny pozwala uzyskać dodatkowe wzmocnienie wewnętrzne.

Stosunek pomiędzy skurczem wzdłużnym i poprzecznym wyznacza kształt wzniesień w warstwach włókniny. Przy stosunku skurczu wzdłużnego do poprzecznego równym 1:1 powstają kopułkowe wzniesienia o podstawie, mającej w idealnym przypadku kształt kołowy. Przy stosunku skurczu wzdłużnego do poprzecznego różnym od 1 powstają wzniesienia, których przekrój równolegle do podstawy ma w przypadku idealnym kształt owalny. Jeżeli wyeliminuje się całkowicie na przykład skurcz w kierunku wzdłuznym, wówczas w tym kierunku na włókninie powstają ciągłe, rowkowe wzniesienia, które w idealnym przypadku mają jednakową amplitudę na całej swej długości.

Okazało się nieoczekiwanie, ze maty o gramaturze poniżej 10 g/m², mimo obustronnego pokrycia włókniną o gramaturze co najmniej 7 g/m², można skurczyć do 80% wyjściowej długości. Można by się było raczej spodziewać, ze włókniny utrudniają skurcz materiału o luźnej strukturze, zwłaszcza w przypadku niewielkich wyjściowych gramatur materiału o luźnej strukturze W tym przypadku jednak nie ma to miejsca.

Ze względu na swojąprostotę szczególnie korzystny okazał się następujący wariant sposobu:

Materiał o luźnej strukturze pokrywa się z obu stron niezwiązanym runem i poddaje termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradźwiękowemu. Uzyskany w ten sposób, płaski, trój warstwowy wytwór powierzchniowy ma wystarczaj ącą przyczepność wewnętrzną. Następnie, bez użycia środka wiążącego, przeprowadza się kurczenie termiczne lub z udziałem pary wodnej. W tym wariancie sposobu stosuje się włókna dwuskładnikowe, o mimośrodowym lub współśrodkowym układzie rdzenia i płaszcza lub układzie „bok do boku”. Jedna lub więcej okryw włókninowych może składać się w 100% z tych włókien dwuskładnikowych względnie stanowić mieszankę z termoplastycznymi i/lub nie termoplastycznymi włóknami jednego rodzaju. Co się tyczy doboru włókien jednego rodzaju, nie ma tu żadnych ograniczeń

Temperatura topnienia włókien dwuskładnikowych musi być, w odniesieniu do niżej topliwego składnika, mniejsza lub równa temperaturze topnienia zapoczątkowujących skurcz, pojedynczych filamentów materiału o luźnej strukturze. Korzystnie różnica temperatur topnienia nie powinna być większa mz 40°C, aby zapobiec znacznej kruchości warstw włókniny.

Również wówczas, gdy zastosowanie polimeru termoplastycznego, przyczyniającego się do wiązania w stanie stopionym, nie stanowi problemu, w przypadku jednostronnej okrywy włókninowej korzystne okazało się zastosowanie topliwego składnika, który wykazuje powinowactwo chemiczne względem termoplastycznego polimeru materiału o luźnej strukturze. W przeciwnym razie zachodzi obawa słabej przyczepności wewnętrznej po laminowaniu. W związku z tym korzystne jest, przykładowo dla materiału o luźnej strukturze z filamentów z politereftalanu etylenu, zastosować we włókninie jako składniki płaszcza poliestrowe włókna dwuskładnikowe z kopoliestrem ulegającym stopieniu powyżej 200°C lub politereftalanem butylenu.

190 344

Zwłaszcza wówczas, gdy materiał o luźnej strukturze i włóknina mają być łączone w drodze termicznego kalandrowania deseniowego lub kalandrowania ultradźwiękowego, korzystne jest, jeżeli materiał o luźnej strukturze pokryje się obustronnie runem. Po kalandrowaniu oba runa, pod i nad materiałem o luźnej strukturze, są w jego otwartych obszarach zgrzane ze sobą deseniowe. W ten sposób materiał o luźnej strukturze jest osadzony nierozdzielnie w kompozycie. Liczba termicznych punktów zgrzania pomiędzy włókniną i materiałem o luźnej strukturze na jego nieskurczonym półprodukcie jest bardzo niewielka, a nawet pomijalna. Powierzchnia grawiury walców deseniowych pokrywa 4-30% całej powierzchni przylegania.

Zwłaszcza w przypadku niewielkiej różnicy temperatur topnienia pomiędzy materiałem o luźnej strukturze i składnikiem płaszcza włókien dwuskładnikowych stosuje się korzystnie walce grawerowane o powierzchni zgrzewania, wynoszącej jedynie 4-14% powierzchni całkowitej .

Skurcz zostaje zapoczątkowany przez jednokrotną obróbkę cieplną Nie jest juz możliwe ponowne skurczenie raz skurczonego i ochłodzonego laminatu za pomocą drugiej obróbki cieplnej.

Wielowarstwowy wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według wynalazku może się składać na przemian z włókniny i materiału o luźnej strukturze. Włókniny z obu stron materiału o luźnej strukturze mogą być jednakowe lub różne zarówno pod względem struktury, jak też gramatury. W szczególnych przypadkach możliwe jest zastosowanie dwóch kolejnych warstw wewnętrznych z dwóch włóknin.

Włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze można stosować we wszystkich tych dziedzinach, w których wymagana jest duza powierzchnia właściwa, duze natężenie przepływu płynu przy dużej zdolności magazynowania cząstek lub wysoka odporność na ściskanie pod obciążeniem mechanicznym, zwłaszcza w podwyższonych temperaturach. Przykładami takich zastosowań są filtry oraz produkty sanitarne i medyczne. Produkty według wynalazku można także stosować do celów dekoracyjnych w gospodarstwie domowym, na przykład do pokrywania ścian.

Przykład 1

Rozciągniętądwuosiowo siatkę plastikową z filamentów polipropylenowych bez końca, o cięzarze 7,8 g/m² i wielkości oczek 7,6 x 7,6 mm, umieszcza się pomiędzy dwoma ułożonymi poprzecznie, luźnymi runami z włókien narzucanych o gramaturze 10 g/m² każde, i wzmacnia w drodze zgrzewania punktowego za pomocą kalandrowania pomiędzy gładkim i grawerowanym walcem stalowym. Powierzchnia zgrzewania walca grawerowanego wynosi 9,6% przy głębokości grawiury 0,73 mm. Kalandrowanie przeprowadza się w temperaturze 140°C, przy nacisku liniowym 30 kp/cm i prędkości przechodzenia 6 m/min. Szerokość wyrobu wynosi 50 cm.

Włóknina składa się w 90% z włókien rdzeniowo-płaszczowych, zawierających rdzeń z politereftalanu etylenu i płaszcz z kopoliestru, ulegający stopieniu w 120°C. Resztę stanowi włókno cięte celulozowe. Titr włókien rdzeniowo-płaszczowych wynosi 4,8 dtex, ich długość 55 mm. Titr włókna ciętego celulozowego wynosi 3, dtex przy długości 60 mm.

Trój warstwowy, płaski włóknisty wytwór powierzchniowy o całkowitej gramaturze 27,8 g/m² poddaje się następnie kurczeniu termicznemu w suszarce taśmowej, przy temperaturze 170°C i czasie przebywania 2 minut i 20 sekund. Półwyrób o pierwotnej szerokości 50 cm ma po skurczeniu i ochłodzeniu szerokość jedynie 16 cm i gramaturę 20 g/m2. Na tej podstawie oblicza się liniowy skurcz w kierunku poprzecznym, wynoszący 68%, skurcz powierzchniowy równy 76,8% oraz liniowy skurcz w kierunku wzdłuznym, wynoszący 27,6%.

Wzory matematyczne, służące do obliczania skurczu, są następujące:

190 344

	G_v
Sd = (1 -	Gn	) . 100	[%]
	b_n
Sq = (1 -	b_v	) . 100	[%]
	Gv	. b_v
Sl = (1 -		- ) .	[%]

Gn · b_n gdzie

Gv gramatura przed skurczem w g/m²

Gn irnmatuira prced skurczem w g/m² bv szerokość wyrobu pzzed skurczem w m bn szerokość wyrobu po skurczu w m sd sSl^i^rc^z powYiei-zchniowy w %

S_q skurcz Umowy w J^ernuk^u w %

Sl skurcz Umowy w keefunku wzdN/nym w %

W poniżej tabeli podane są grubości, mierzone pod różnymi obciążeniami w temperaturze pokojowej i po przechowywaniu przez 48 godzin pod obciążeniem 6,9 kPa (1 psi). Przy użyciu podanych niżej wzorów oblicza się wytrzymałość na ściskanie K, zdolność powrotu do •stanu wyjściowego W oraz odkształcenie przy pełzaniu KB, przy czym wszystkie te parametry są wyrażone w %. Pomiar grubości przy obliczaniu odkształcenia przy pełzaniu odbywa się pod naciskiem 1,38 kPa (0,2 psi).

Pomiary grubości przeprowadzono w sposób następujący:

Próbkę obciążano przez 30 sekund naciskiem równym 0,6205 kPa i po upływie tych 30 sekund odczytywano wartość grubości. Bezpośrednio potem, poprzez wymianę obciążników w grubościomierzu, zwiększano nacisk do 1,3789 kPa i po upływie dalszych 30 sekund również odczytywano grubość dokładnie w tym samym miejscu.

Ten sam proces powtórzono dla nacisków 3,4473 i 6,8947 oraz ponownie 0,6205 kPa, utrzymywanych także przez 30 sekund.

Dla wyznaczenia odkształcenia przy pełzaniu KB próbkę obciążano przez 48 godzin pod naciskiem 6,9 kPa (1 psi) w temperaturze 60°C, po czym mierzono grubość przy nacisku 1,3789 kPa.

KW, W i KB obliczane są w sposób następujący: Wartość KW otrzymuje się, dzieląc grubość dla 6,8947 kPa przez grubość dla 0,6205 kPa i mnożąc przez 100 (podane w %).

Wartość W otrzymuje się, dzieląc grubość dla 6,8947 kPa po przejściu cyklu pomiarowego przez zmierzoną najpierw wartość dla 6,8947 kPa i mnożąc przez 100 (podane w %).

Wartość KB otrzymuje się, dzieląc grubość próbki, ściskanej w 60°C przez 48 godzin pod naciskiem 6,8947 kPa przez grubość próbki nieściskanej, mierzoną dla 1,3789 kPa, i mnożąc przez 100 (podane w %).

190 344

Nieprasowana budowa warstwowa
Grubość dla
0,6205 kPa	4,996 mm
1,3789 kPa	4,560 mm
3,4473 kPa	4,168 mm
6,8947 kPa	3,547 mm
0,6205 kPa	4,318 mm
KW (%)	71,00
W (%)	86,40

włóknisty wytwór powierzchniowy prasowany w 60°C przez 48 godzin
Grubość dla

1,3789 kPa	2,485 mm




KB (%)	53

190 344

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Włóknisty wytwór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, składający się z materiału o luźnej strukturze, siatki lub tkaniny z termoplastycznych filamentów bez końca z tworzywa sztucznego, o wielkości oczek od 0,01 do 9 cm², pokrytych obustronnie włókniną, przy czym filamenty bez końca mają grubość od 150 do 2000 pm i są w punktach wzajemnego styku zgrzane ze sobą termicznie, zaś punkty krzyżowania się ze sobą filamentów są w kierunku wzdłużnym i kierunku poprzecznym oddalone od siebie nie mniej niz 0,10 cm, znamienny tym, że warstwa włókniny ma powtarzające się wzniesienia w kształcie fałd lub fal.
2. Włóknisty wytwór powierzchniowy według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość filamentów jednej lub kilku warstw materiału o luźnej strukturze w punktach krzyzowania się filamentów ze sobą jest do siedmiu razy większa niż ich grubość pomiędzy punktami krzyżowania.
3. Włóknisty wytwór powierzchniowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze warstwy włókniny składają się z włókien dwuskładnikowych rdzeniowo-płaszczowych lub typu „bok do boku”, przy czym składniki każdego włókna różnią się pomiędzy sobą temperaturą mięknienia.
4. Sposób wytwarzania włóknistego wytworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, w którym materiał o luźnej strukturze, siatkę lub tkaninę o ciężarze, co najmniej 3 do 300 gW i wielkości oczek od 0,01 do 9 cm2, wykonaną z filamentów bez końca z termoplastycznego tworzywa sztucznego, przy odstępach sąsiednich punktów krzyżowania się filamentów nie mniejszych niż 0,01 mm, pokrywa się z obu stron włókniną i łączy się ze sobą powierzchniowo wszystkie warstwy przy użyciu znanych technik laminowania, znamienny tym, ze stosuje się dwuosiowo rozciągniętą siatkę, po czym całość poddaje się termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradźwiękowemu, po czym wszystkie warstwy laminatu poddaje się wspólnie procesowi kurczenia w temperaturze, lezącej pomiędzy przedziałem mięknienia i topnienia materiału o luźnej strukturze.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze jeden lub kilka materiałów o luźnej strukturze pokrywa się z jednej lub z obu stron mezwiązanym runem, które co najmniej w części składa się z włókien dwuskładnikowych, zawierających składnik wyżej topliwy i składnik niżej topliwy, przy czym ten ostatni składnik ma temperaturę topnienia, która jest, co najwyżej równa temperaturze topnienia tego składnika materiału o luźnej strukturze, który jest zdolny do skurczu, po czym poddaje się całość termicznemu kalandrowaniu deseniowemu lub kalandrowaniu ultradźwiękowemu, a następnie przeprowadza się kurczenie pod wpływem ciepła lub za pomocą pary wodnej.
6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, ze jeden lub kilka materiałów o luźnej strukturze przed przetworzeniem w wielowarstwowy wytwór powierzchniowy rozciąga się w kierunku wzdłużnym pomiędzy walcami, poruszającymi się z różnymi prędkościami, zaś w kierunku poprzecznym za pomocą rozszerzającej się ramy naciągowej.