WO2000016965A1 - Verfahren zur herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen halbzeugs mit druckanwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen halbzeugs mit druckanwendung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a surface-structured, film-like semi-finished product from a thermoplastic, in which a thermoplastic material in the molten state or in the form of a film on a surface which is adjustable in temperature and which is designed as a negative structure (matrix) with respect to the desired structure Plastic material with a low tendency to adhesion and with numerous fine cavities is applied and at least in the contact area with the surface is kept at the melting temperature.
  • the deformed thermoplastic material - while still lying on the surface - is solidified by cooling, whereby it assumes the corresponding surface structure on the side brought into contact with the surface.
  • the solidified plastic material is pulled off the surface as a structured film, the material introduced into the cavities forming a pile consisting of projections and knobs.
  • the invention further relates to products produced by the method and to an apparatus for performing the method.
  • thermoplastic thermoplastic
  • Plastic material in the molten state is extruded onto a cylindrical, rotatable and temperature-adjustable roller surface, the thermoplastic material making full contact with the surface structure of the roller surface.
  • the melted thermoplastic material is solidified by cooling and pulled off the roll surface. This results in a corresponding nub-like or pile-like surface of the resulting film-like semi-finished product in accordance with the fine cavities present. It is also known to emboss plastic foils or to deform them using the deep-drawing process.
  • thermoplastic material is in the molten state or in the form of a film on one in its Temperature-adjustable surface (5), worked out in relation to the desired structure as a negative structure (matrix), with a low tendency to adhesion compared to the plastic material and with numerous fine cavities in the form of blind holes and kept at melting temperature at least in the contact area with the surface,
  • the deformed thermoplastic material is solidified - still lying on the surface - by cooling, whereby it assumes the corresponding surface structure on the side brought into contact with the surface,
  • the solidified plastic material is removed from the surface as a structured film, the thermoplastic material introduced into and extracted from the cavities forming a pile consisting of projections and knobs.
  • the plastic material In particular by pressure on the plastic material, the latter is pressed into the cavities with compression of the residual volume present in the cavities, overpressures of 2 to 5 bar being able to occur, so that the matrix is filled, but the cavities are partially filled by the thermoplastic material. If the pressure on the plastic material is released, the compressed air inside the cavities expands and partially pushes the plastic material out of the cavities. Since the protrusions and knobs are connected to the other plastic materials, it is now easy to tear the pull out the protrusions and knobs.
  • the matrix is one that has a low tendency to adhere to the plastic material used.
  • matrices are considered which are produced as a solid body from a PTFE plastic in a manner known per se.
  • rollers are described in a basic version in the patent DE 195 24 076.
  • the fine cavities can be introduced, for example, with the aid of a laser drilling device.
  • Rollers with steel cores which have a 0.5 to 10 mm thick plastic layer made of a fluoroplastic are particularly suitable for carrying out the method.
  • a fluoroplastic can be, for example, polyfluoroethylene or a fluorine rubber, such as is offered under the product name VITONTM by Du Pont.
  • the plastic layer must be able to withstand a continuous load of 200 ° to 250 ° C in roller operation.
  • Other suitable plastics for roller coating can also be selected from the group of polyimides or polysulfones. Rollers made entirely of steel or steel with a metal or alloy coating can also be used.
  • Thermoplastics can be selected as the plastic material to be processed, as are usually known and are mentioned by way of example in dependent claim 2.
  • the structured film is peeled off at a temperature of 40 ° to 60 ° C., so that the film still has a somewhat soft and easy-to-process consistency.
  • the temperature itself which enables the casting or melting of the plastic, can be found in the usual manufacturer's instructions and differs from case to case.
  • the pressure on the plastic material is in a roller nip, ie by a roller pressing on the plastic material.
  • the length of the projections and knobs is preferably between 50 and 200 ⁇ m.
  • the length of the protrusions and knobs corresponds to 20 to 60% of the depth of the cavities.
  • the occupancy density is on projections or hair fibers
  • the process is significantly expanded by the process step that the projections forming the pile are stretched by combing, brushing, knife coating and / or shear crushing, and on average the length of the projections of the pile is increased by at least twice the original length and one to at least On one side, a semi-finished product with a fibrous structure is created, in which the projections are elongated into hair fibers.
  • a device for carrying out the method is characterized in that a pair of rollers is provided, of which one roller has a surface which is adjustable in temperature and which has been worked out as a negative structure (matrix) with respect to the desired structure and which has a low tendency to adhesion compared to the plastic material and with numerous fine cavities in the form of blind holes and which can be heated on part of its surface to the melting temperature of the thermoplastic used.
  • the plastic material can be pressed into the structure of the heated roller.
  • the matrix roller is left at a temperature of 40 ° C and the second smooth steel roller is kept at a temperature of 140 ° ⁇ 5 ° C for polyethylene, for example.
  • the plastic film is additionally softened by radiant heat and brought to 145 ° C. In the nip, the plastic mass is pressed into the matrix and into the cavities and cools down as a result.
  • Products that are manufactured by the process can be produced as mono- or multilayer products as well as a preliminary product and as an end product with elongated fibers.
  • the side facing away from the fibrous web can also be connected to a carrier material, for example woven fabric, knitted fabric or nonwoven fabric.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a device for
  • thermoplastic semi-finished product Manufacture of a thermoplastic semi-finished product
  • Fig. 3 shows a section through a semi-finished layering a preferred embodiment.
  • Fig. 1 shows a device for producing a sheet-like semi-finished product in various stages.
  • a two-layer intermediate product with a knob structure made of polyethylene is first produced.
  • Molten and homogenized material is fed from two single-screw extruders (not shown) through a reusable nozzle with the orifices 2 to 2 '.
  • a compression ratio of 1: 2.5 and a screw temperature of 250 ° C are maintained in the extruders.
  • the two polyethylene melts 3, 3 ' are applied to a chill roll matrix roller 4 under constant pressure.
  • the rotatable matrix roller 4, which is provided with a negatively structured matrix 5, has numerous fine cavities.
  • the entire surface of the matrix 5 consists of a jacket of approximately 2 mm thickness made of a PTFE plastic, which in addition to a graining structure also has numerous fine structures
  • Cavities in the form of blind holes each of which is created via a laser bore and have a depth of 400 to 600 ⁇ m.
  • the surface diameter is approximately 40 to 70 ⁇ m.
  • the plastic melt applied to the roller surface is pressed onto the surface of the matrix roller with the aid of a pressure roller 6 under high contact pressure.
  • the melt penetrates the existing cavities, compressing the remaining air volume in the cavities and partially filling the cavities with thermoplastic material under relatively high pressure.
  • the pressure used is between 3 and 10 bar.
  • the material which comes into direct contact with the matrix roller and penetrates into the cavities becomes a relative easily flowing polyethylene is used, while the upper layer is used by a strength-forming, less well-flowing polyethylene.
  • the film emerging from the nip has a total thickness of approximately 60 to 80 ⁇ m.
  • the pile layer that forms should be at least 40 ⁇ m thick.
  • a medium molecular weight LLDP polymer with a melt index MFI 30, measured at 190 ° C / 2.16 g, 10 minutes, and a density of 0.8955 was used.
  • the recipes also contain the usual lubricants, stabilizers, pigments and the like. Additives.
  • the deformed thermoplastic material - still lying on the surface of the matrix roller - is solidified by cooling. This is done for example by a water bath or by cooling air. On the side brought into contact with the matrix 5, the material accordingly assumes the corresponding surface structure.
  • the solidified plastic material is drawn off from the surface of the roll 4 via a take-off roll 11 and processed further as an intermediate product 10.
  • the intermediate product migrates against a further rotating drum 20 which is heated at a temperature of approximately 40 to 80 ° C.
  • the intermediate product which is pulled off the matrix roller 4 initially still has a surface 12, not very pronounced pile 12, which is formed by numerous knobs and projections.
  • the height of the pile, measured from the surface is approximately 100 to 120 ⁇ m if a cavity depth of 400 ⁇ m is used.
  • the intermediate product 10 can already be used as an end product.
  • an aftertreatment is to be carried out in such a way that a fiber structure formed with long fibers is produced, an aftertreatment is carried out on the rotating drum 20 to produce a velor character on the surface of the film.
  • the intermediate product 10 is guided against the outer surface of the rotating drum 20 via a pressure roller 21 and fixed there by means of a vacuum.
  • the intermediate product is first processed by a first roughing roller 22, the roughing roller 22 is covered with metal scrapers 23 which, by gripping and correspondingly lengthening the knobs and projections, result in an extension of the same by two to twenty times.
  • the relatively "chubby" protrusions then become fibrous, elongated structures with a fiber length of 250 to 400 microns.
  • the further processing of the intermediate product takes place in several stages. One is connected to the roughing roller 22
  • Combing roller 24 with which the material which has been torn up and elongated into longer hair fibers is combed and laid in a certain direction. A second lengthening and stretching of the projections, knobs and hair fibers takes place on these by means of a second raising roller, which is constructed similarly to the raising roller 22. This is in turn followed by a combing roller 26. This is followed by another roughing roller 27. At the end there is a very fibrous, almost fleece-like structure, in which, however, only the surface is appropriately hairy, without the base fabric being attacked, as when textiles are roughed. The finished semi-finished product is then drawn off via a further deflecting roller 28 and fed to a storage container or a cutting station.
  • the foils can then be fed with the gap between the two rolls 4 and 6 and pressed into the blind hole cavities there.
  • Polyolefins in particular polyethylene, polypropylene, polybutylene and polyisopropylene, and their blends or copolymers have proven to be favorable as materials. But plastics such as polyesters, polyester ethers, polyamides, polyurethanes, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polysulfones, ABS, ASA, polyisopropylene, polycarbonates as well as their mixtures and copolymers can also be used.
  • the empirically determined melting point values can be found in corresponding tables or test protocols.
  • the method of processing must be at least in the contact area are kept at the melting temperature with the surface. This is done in particular through contact heat, e.g. B. via additional heating rollers, or via radiation energy, ultrasound or microwaves.
  • the knobbed film is cooled before it is removed from the forming tool, here the roller 4.
  • the matrix roller 4 consists, for. B. from a steel roller, which is heatable and coolable and which carries on its surface a several millimeter thick layer of a very high quality fluororubber, as it is for example under the brand name Viton from Dupont in the trade.
  • the desired cavity structures are introduced into this fluororubber layer by means of laser bores. A density of 2500 to 3000 holes per cm 2 can easily be achieved.
  • the film is brought to 140 ° C. by a preheating roller.
  • the side facing the tool can be heated to 145 ° C by an additional jet heating.
  • the matrix roller itself is kept at only 60 ° C, the contact pressure of about 10 bar causes the film to penetrate into the cavities of the tool roller.
  • the knobs have a length of initially 120 to 120 ⁇ m.
  • the films obtained by the process can be used as a textile backsheet in the hygiene sector, but also as an insert for upper materials in the furniture industry.
  • the Foil can also be further treated by impregnation, perforation, knitting, etc. Printing is also possible.
  • the haptics and the appearance of the film can be further improved by means of an appropriate scar structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen Halbzeugs aus einem Thermoplasten, der auf eine ausgearbeitete Oberfläche (5) mit zahlreichen feinen Kavitäten in Form von Sackbohrungen aufgebracht und entsprechend verformt wird. Das erstarrte Kunststoffmaterial wird von der Oberfläche als strukturierte Folie abgezogen, wobei das in die Kavitäten eingebrachte und aus diesen herausgezogene thermoplastische Material einen aus Vorsprüngen und Noppen bestehenden Flor bildet. Vorzugsweise werden die den Flor bildenden Vorsprünge durch Kämmen, Bürsten, Rakels und/oder Scherquetschen zu Härchen gereckt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen Halbzeugs mit Druckanwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen Halbzeugs aus einem Thermoplasten, bei dem ein thermoplastisches Kunststoffmaterial in geschmolzenem Zustand oder in Form einer Folie auf eine in ihrer Temperatur einstellbare, gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur (Matrix) ausgearbeitete Oberfläche mit gegenüber dem Kunststoffmaterial geringer Adhäsionsneigung und mit zahlreichen feinen Kavitaten aufgebracht und wenigstens im Kontakbereich mit der Oberfläche auf Schmelztemperatur gehalten wird. Das verformte thermoplastische Kunststoffmaterial wird - noch auf der Oberfläche liegend - durch Abkühlung zum Erstarren gebracht, wobei es auf der mit der Oberfläche in Kontakt gebrachten Seite die entsprechende Flächenstruktur annimmt . Das erstarrte Kunststoffmaterial wird von der Oberfläche als strukturierte Folie abgezogen, wobei das in die Kavitaten eingebrachte Material einen aus Vorsprüngen und Noppen bestehenden Flor bildet. Die Erfindung bezieht sich ferner auf nach dem Verfahren hergestellte Produkte sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Aus der Patentschrift DE 195 24 076 Cl ist bekannt, oberflächenstrukturierte, folienartige Halbzeuge aus einem Thermo- plasten dadurch herzustellen, daß das thermoplastische
Kunststoffmaterial in geschmolzenem Zustand auf eine zylindrische, drehbare und in ihrer Temperatur einstellbare Walzenoberfläche extrudiert wird, wobei das thermoplastische Kunststoffmaterial die Oberflächenstruktur der Walzenoberfläche satt kontaktiert. Das geschmolzene thermoplastische Kunststoffmaterial wird durch Abkühlen zum Erstarren gebracht und von der Walzenoberfläche abgezogen. Hierbei ergibt sich entsprechend den vorhandenen feinen Kavitaten eine entsprechende noppenartige oder florartige Oberfläche des entstandenen folienartigen Halbzeugs . Es ist weiterhin bekannt, Kunststoffolien zu prägen oder im Tiefziehverfahren zu verformen.
Es hat sich herausgestellt, daß es sehr schwierig ist, mit dem genannten Verfahren die Oberseite einer Kunststoffolie mit sehr feinen Vorsprüngen und Noppen, beispielsweise in der Größenordnung 3 000 bis 20 000 Stück pro cm2, zu belegen. Aus den tiefen Kavitaten des Werkzeugs lassen sich die Folienhärchen nur sehr schwer herausziehen. Erfahrungsgemäß bleibt immer ein gewisser Prozentsatz an Kunststoff- Folienhärchen in den Kavitaten hängen, so daß diese beim nächsten Arbeitsgang für eine Vorsprungformung ausfallen und damit nach kurzer Zeit das entstandene Produkt nicht mehr brauchbar ist.
Es stellt sich demnach die Aufgabe, aus einem Thermoplasten im Gieß- oder Auflegverfahren ein Halbzeug herzustellen, bei dessen Verfahrensschritten es nicht zu Abrissen der in den feinen Kavitaten entstandenen Vorsprüngen oder Noppen kommt, sondern bei dem eine geschlossene Oberfläche in vielen Arbeitsgängen gleichmäßig erstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
- ein thermoplastisches Kunststoffmaterial wird in geschmolzenem Zustand oder in Form einer Folie auf eine in ihrer Temperatur einstellbare, gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur (Matrix) ausgearbeitete Oberfläche (5) mit gegenüber dem Kunststoffmaterial geringer Adhäsionsneigung und mit zahlreichen feinen Kavitaten in Form von Sackbohrungen aufgebracht und wenigstens im Kontaktbereich mit der Oberfläche auf Schmelztemperatur gehalten,
- durch Druck auf das Kunststoffmaterial wird dieses in die Kavitaten unter Kompression des in den Kavitaten vorhan- denen Restvolumens eingedrückt, so daß die Matrix gefüllt wird, die Kavitaten jedoch vom thermoplastischen Kunst- Stoffmaterial nur teilweise ausgefüllt werden,
- das verformte thermoplastische Kunststoffmaterial wird - noch auf der Oberfläche liegend - durch Abkühlung zum Erstarren gebracht, wobei es auf der mit der Oberfläche in Kontakt gebrachten Seite die entsprechende Flächen- Struktur annimmt,
- der Druck auf das Kunststoffmaterial wird aufgehoben, wodurch die im Inneren der Kavitaten komprimierte Luft das Kunststoffmaterial wenigstens teilweise herausdrückt,
- das erstarrte Kunststoffmaterial wird von der Oberfläche als strukturierte Folie abgezogen, wobei das in die Kavitaten eingebrachte und aus diesen herausgezogene thermoplastische Material einen aus Vorsprüngen und Noppen bestehenden Flor bildet.
Insbesondere durch Druck auf das Kunststoffmaterial wird dieses in die Kavitaten unter Kompression des in den Kavitaten vorhandenen Restvolumens eingedrückt, wobei Überdrücke von 2 bis 5 bar entstehen können, so daß die Matrix gefüllt wird, die Kavitaten jedoch vom thermoplastischen Kunststoff- material teilweise ausgefüllt werden. Wird der Druck auf das Kunststoffmaterial aufgehoben, so expandiert die im Inneren der Kavitaten komprimierte Luft und drückt das Kunststoff- material teilweise aus den Kavitaten heraus. Da die Vorsprün- ge und Noppen mit den übrigen Kunststoffmaterialien in Verbindung stehen, ist es nunmehr leicht, die zum Abriß neigen- den Vorsprünge und Noppen herauszuziehen.
Dabei wird vorausgesetzt, daß es sich bei der Matrix um eine solche handelt, die eine geringe Adhäsionsneigung gegenüber dem verwendeten Kunststoffmaterial aufweist . Hierbei wird insbesondere an Matrizen gedacht, die als Vollkörper aus einem PTFE-Kunststoff an sich bekannter Art hergestellt sind.
Derartige Walzen sind in einer Grundversion in der Patentschrift DE 195 24 076 beschrieben. Ein Einbringen der -feinen Kavitaten kann beispielsweise mit Hilfe einer Laser-Bohrvorrichtung durchgeführt werden. Insbesondere eignen sich zur Durchführung des Verfahrens Walzen mit Stahlkernen, die eine 0,5 bis 10 mm starke KunststoffSchicht aus einem Fluorkunststoff aufweisen. Ein solcher Fluorkunststoff kann beispielsweise Polyfluorethylen oder ein Fluor-Kautschuk sein, wie er unter dem Produktnahmen VITONTM von Du Pont angeboten wird. Die KunststoffSchicht muß eine Dauerbelastung von 200° bis 250°C im Walzenbetrieb aushalten können. Andere geeignete Kunststoffe zur Walzenbeschichtung können auch aus der Gruppe der Polyimide oder Polysulfone gewählt werden. Insgesamt aus Stahl oder aus Stahl mit einer Metall- oder Legie- rungsbeschichtung bestehende Walzen sind auch einsetzbar.
Als zu verarbeitendes Kunststoffmaterial können Thermoplasten ausgewählt , wie sie üblicherweise bekannt sind und beispielhaft in Unteranspruch 2 genannt sind.
Das Abziehen der strukturierten Folie geschieht bei einer Temperatur von 40° bis 60°C, so daß die Folie noch eine etwas weiche und leicht zu verarbeitende Konsistenz besitzt. Die Temperatur selbst, die das Gießen oder Schmelzen des Kunststoffes ermöglicht, ist üblichen Herstellerangaben zu entnehmen und von Fall zu Fall verschieden.
Vorzugsweise wird der Druck auf das Kunststoffmaterial in einem Walzenspalt, d. h. durch eine auf das Kunststoff- material drückende Walze, aufgebracht.
Vorzugsweise ist die Länge der Vorsprünge und Noppen zwischen 50 und 200 μm. Dabei entspricht die Länge der Vorsprünge und Noppen 20 bis 60 % der Tiefe der Kavitaten.
Die Besetzungsdichte an Vorsprüngen bzw. Haarfasern liegt
2 vorzugsweise zwischen 3.000 und 20.000 Stuck pro cm .
Eine wesentliche Erweiterung erfährt das Verfahren durch den Verfahrensschritt, daß die den Flor bildenden Vorsprünge durch Kämmen, Bürsten, Rakeln und/oder Scherquetschen gereckt werden und dabei im Mittel die Länge der Vorsprünge des Flors um wenigstens das Zweifache der Ursprungslänge vergrößert wird und ein auf wenigstens einer Seite faserartig strukturiertes Halbzeug entsteht, bei dem die Vorsprünge zu Haarfasern gelängt sind. Diese Verfahrensschritte werden durch Verfahrensvarianten gemäß den Unteransprüchen 10 bis 16 beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzenpaar vorgesehen ist, von dem die eine Walze eine in ihrer Temperatur einstellbare, gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur (Matrix) ausgearbeitete Oberfläche besitzt, die mit gegenüber dem Kunststoffmaterial geringer Adhäsionsneigung und mit zahlreichen feinen Kavitaten in Form von Sackbohrungen ausgestattet ist und die auf einem Teil ihrer Oberfläche auf die Schmelztemperatur des zur Verwendung kommenden Thermoplasten erhitzt werden kann. Mit der zweiten, vorzugsweise ebenfalls beheizten Walze des Walzenpaars ist das Kunststoffmaterial in die Strukur der erhitzten Walze eindrückbar. Vorhanden ist weiterhin eine Kühlvorrichtung, mit der die Walzenoberfläche und das darauf liegenden Kuststoffmaterial nach Durchlauf durch den Walzenspalt kühlbar ist, und eine Abzugsvorrichtung, mit der die erstarrte strukturierte Folie abziehbar ist. Üblicherweise wird also mit zwei Walzen gearbeitet, von denen die Matrixwalze bei einer Temperatur von 40°C gelassen wird und die zweite glatte Stahlwalze z.B.bei Polyethylen auf einer Temperatur von 140° ± 5°C gehalten ist. Die Folie wird damit aufheizt; durch Strahlungshitze wird die Kunst- stofffolie zusätzlich erweicht und auf 145°C gebracht. Im Walzenspalt wird die Kunststoffmasse in die Matrix und in die Kavitaten gedrückt und kühlt sich dadurch ab.
Weitere Merkmale, die sich auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beziehen, werden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Produkte, die nach dem Verfahren hergestellt sind, können als Mono- oder Multilayerprodukte sowie als Vorprodukt und als Endprodukt mit gelängten Fasern hergestellt werden.
Es ist möglich, daß die mit Flor versehene Schicht aus einem in der Wärme leichter fließenden Polymer aus einem hochviskoseren Polymer besteht .
Auch kann die dem Faserflor abgewandte Seite mit einem Trägermaterial, beispielsweise Gewebe, Gewirke oder Vlies- stoff verbunden sein.
Die Beschreibung eines AusführungsbeiSpiels der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnung. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 in schematischer Seitenansicht eine Vorrichtung zur
Herstellung eines thermoplastischen Halbzeugs;
Fig. 2 ein Herstellungsverfahren mit einer flach liegenden Halbzeug-Anordnung;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Halbzeug-Schichtung gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines folienartigen Halbzeugs in verschiedenen Stufen. Im Ausführungs- beispiel wird zunächst ein zweischichtiges Zwischenerzeugnis mit einer Noppenstruktur aus Polyethylen erzeugt .
Aus zwei Einschneckenextrudern (nicht dargestellt) wird aufgeschmolzenes und homogenisiertes Material über eine Mehrwegdüse mit den Mündungen 2 bis 2' eingespeist. Es wird dabei in den Extrudern ein Kompressionsverhältnis von 1 : 2,5 und eine Schneckentemperatur von 250°C eingehalten. Die beiden Polyethylen-Schmelzen 3, 3' werden unter konstantem Druck auf eine Chillroll-Matrixwalze 4 aufgebracht.
Die drehbare Matrixwalze 4, die mit einer negativ strukturierten Matrix 5 versehen ist, besitzt zahlreiche feine Kavitaten. Die gesamte Oberfläche der Matrix 5 besteht aus einem Mantel von etwa 2 mm Dicke aus einem PTFE-Kunststo f , der neben einer NarbungsStruktur noch zahlreiche feine
Kavitaten in Form von Sacklöchern umfaßt, die jeweils über eine Laserbohrung geschaffen sind und eine Tiefe von 400 bis 600 μm aufweisen. Der Oberflächendurchmesser beträgt etwa 40 bis 70 μm.
Die auf die Walzenoberfläche aufgebrachte Kunststoffschmelze wird mit Hilfe einer Andruckwalze 6 unter hohem Anpreßdruck auf die Oberfläche der Matrixwalze aufgedrückt. Dabei dringt die Schmelze in die vorhandenen Kavitaten ein, wobei das in den Kavitaten vorhandene Luft-Restvolumen komprimiert wird und sich die Kavitaten teilweise mit thermoplastischem Kunststoffmaterial unter relativ hohem Druck ausfüllen. Der angewandte Druck liegt etwa zwischen 3 bis 10 bar.
Bei der hier vorgeschlagenen Mehrschichtextrusionsanlage wird für das Material, das unmittelbar mit der Matrixwalze in Kontakt tritt und in die Kavitaten eindringt, ein relativ leicht fließendes Polyethylen verwendet, während die obere Schicht durch ein die Festigkeit ausbildendes, wenigter gut fließendes Polyethylen verwendet wird. Die aus dem Walzenspalt austretende Folie hat eine Gesamtstärke von etwa 60 bis 80 μm. Dabei sollte die sich ausbildende Florschicht mindestens 40 μm stark sein. Für letztere ein LLDP-Polymer mit mittlerem Molekülgewicht mit einem Schmelzindex MFI 30, gemessen bei 190°C/2,16 g, 10 Minuten, und einer Dichte von 0,8955 verwendet.
Für die Festigkeitsschicht werden Mischungen aus Polyethylen verwendet, die eine relativ hohe Zähigkeit ergeben. Die Rezepturen enthalten weiter die üblichen Gleitmittel, Stabilisatoren, Pigmente und dgl . Additive.
Das verformte thermoplastische Kunststoffmaterial wird - noch auf der Oberfläche der Matrixwalze liegend - durch Abkühlung zum Erstarren gebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Wasserbad oder durch Kühlluft. Auf der mit der Matrix 5 in Kontakt gebrachten Seite nimmt demnach das Material die entsprechende Flächenstruktur an.
Über eine Abzugswalze 11 wird das erstarrte Kunststoffmaterial von der Oberfläche der Walze 4 abgezogen und als Zwi- schenerzeugnis 10 weiterverarbeitet. Mit der strukturierten Oberfläche nach außen wandert das Zwischenerzeugnis gegen eine weitere rotierende Trommel 20, die mit einer Temperatur von etwa 40 bis 80°C beheizt ist. In diesem Zustand hat das Zwischenerzeugnis, das von der Matrixwalze 4 abgezogen wird, zunächst noch einen auf der Oberfläche liegenden, wenig ausgeprägten Flor 12, der von zahlreichen Noppen und Vorsprüngen gebildet ist. Die Höhe des Flors, gemessen von der Oberfläche aus, beträgt etwa 100 bis 120 μm, wenn eine Kavitaten- tiefe von 400 μm zugrunde gelegt wird. Für bestimmte Zwecke kann das Zwischenerzeugnis 10 bereits als Endprodukt verwendet werden. Soll jedoch eine Nachbehandlung dahingehend erfolgen, daß eine mit langen Fasern ausgebildete Faserstruktur erzeugt wird, so wird auf der rotierenden Trommel 20 eine Nachbehandlung zur Erzeugung eines Velourcharakters auf der Ober- fläche der Folie vorgenommen.
Über eine Anpreßwalze 21 wird das Zwischenerzeugnis 10 gegen die Mantelfläche der rotierenden Trommel 20 geführt und dort mittels Vakuum fixiert. Im Verlauf der sukzessiv durchlaufe- nen Arbeitsstationen wird zunächst das Zwischenerzeugnis von einer ersten Rauhwalze 22 bearbeitet, die Rauhwalze 22. ist mit Metallkratzern 23 besetzt, die durch Ergreifen und entsprechendes Längen der Noppen und Vorsprünge eine Erstreckung derselben um das Zwei- bis Zwanzigfache ergeben. Aus den relativ "pummeligen" Noppenvorsprüngen werden dann faserartige, gestreckte Gebilde mit einer Faserlänge von 250 bis 400 μm.
Die weitere Bearbeitung des Zwischenerzeugnisses erfolgt in mehreren Stufen. An die Rauhwalze 22 schließt sich eine
Kämmwalze 24 an, mit der das hochgerissene und zu längeren Haarfasern gelängte Material gekämmt und in eine bestimmte Richtung gelegt werden. An diesen erfolgt durch eine zweite Rauhwalze, die ähnlich aufgebaut ist wie die Rauhwalze 22, ein weiteres Längen und Strecken der Vorsprünge, Noppen und Haarfasern. Daran schließt sich wiederum eine Kämmwalze 26 an. Auf diese folgt eine weitere Rauhwalze 27. Am Schluß ergibt sich ein sehr faseriges, fast vliesartiges Gebilde, bei dem jedoch nur die Oberfläche entsprechend behaart ist, ohne daß, wie beim Rauhen von Textilien, das Grundgewebe angegriffen ist. Über eine weitere Umlenkwalze 28 wird nun das fertige Halbzeug abgezogen und einem Vorratsbehälter oder einer Schneidstation zugeführt .
Anstelle der Rauhbürsten 22 können auch andere Bürsten oder Kratzen verwendet werden, mit denen die Vorsprünge gelängt oder gestreckt werden können. Wesentlich ist, daß die an- fänglich vorhandene relativ flache Struktur durch das Bürsten oder durch ein Seherquetsehen geregelt wird, wobei im Mittel die Länge der Vorsprünge des Flors um mindestens das Zweifache der Ursprungslänge vergrößert wird. Im allgemeinen werden wesentlich höhere Werte erreicht. Die Vorsprünge werden um mehr als das Zehnfache gestreckt.
Ist eine Nachbehandlung nicht erwünscht, so können auch sehr dünne, elastische Folien von 40 bis 80 μm als Erzeugnis direkt von der Walze 4 abgezogen werden. Im Prinzip können alle Kunststoffe, die eine Folie mit thermoplastischer umformbarer Oberfläche ergeben, nach dem genannten Verfahren in Velourfolien umgewandelt werden, d. h. einschichtige und mehrschichtige Extrusionsfolien, geblasene, gegossene Folien, sowie Kombinationsfolien auf Basis der verschiedensten Polymerklassen. Vorzugsweise wird in diesen Fällen eine bereits fertig geblasene oder extrudierte Folie von einem Vorrat auf die Walze aufgebracht, wobei anstelle der beiden Extruderköpfe eine (nicht dargestellte) erste Umlenk- und Andrückwalze tritt.
Auf dem Walzenmantel liegend lassen sich dann die Folien mit dem Spalt zwischen den beiden Walzen 4 und 6 zuführen und dort in die Sacklöcher-Kavitäten eindrücken.
Als Materialien haben sich Polyolefine, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und Polyisopropylen, sowie deren Abmischungen oder Copolymere als günstig erwiesen. Aber auch Kunststoffe wie Polyester, Polyesterether, Polyamide, Polyurethane, Polyvinylalkohol , Polyvinylchlorid, Polysulfone, ABS, ASA, Polyisopropylen, Polycarbonate sowie deren Mischungen und Copolymerisate lassen sich einsetzen.
Entsprechenden Tabellenwerken oder Versuchsprotokollen sind die empirisch ermittelten Schmelzpunktwerte zu entnehmen.
Dabei muß die Bearbeitungsweise wenigstens im Kontaktbereich mit der Oberfläche auf Schmelztemperatur gehalten werden. Dies geschieht insbesondere durch Kontaktwärme, z. B. über zusätzliche Heizwalzen, oder aber über Strahlungsenergie, Ultraschall oder Mikrowellen.
Vor dem Abzug vom Umformungswerkzeug, hier der Walze 4, wird die Noppenfolie abgekühlt.
Es soll nicht ausgeschlossen werden, daß auch ein diskonti- nuierliches Verfahren angewendet wird, wobei auf einer flach liegenden Fläche jeweils eine Folie oder ein Kunststoff ausgebreitet werden, die dann mit Hilfe einer Druckplatte oder Druckwalze in die Kavitaten eingedrückt werden und jeweils als Flächen-Charge abgezogen werden.
Die Matrixwalze 4 besteht z. B. aus einer Stahlwalze, die beheizbar und kühlbar ist und die auf ihrer Oberfläche eine mehrere Millimeter starke Schicht aus einem sehr hochwertigen Fluorkautschuk trägt, wie er beispielsweise unter dem Markennamen Viton der Firma Dupont im Handel ist. In diese Fluorkautschukschicht werden mittels Laserbohrungen die gewünschten Kavitätenstrukturen eingebracht . Eine Dichte von 2500 bis 3000 Bohrungen pro cm2 können ohne weiteres erreicht werden.
Die Folie wird durch eine Vorheizwalze auf 140°C gebracht.
Durch eine zusätzliche Strahlbeheizung kann die dem Werkzeug zugekehrte Seite noch aufgeheizt werden auf 145°C. Die Matrixwalze selbst wird auf lediglich 60°C gehalten, durch den Anpreßdruck von etwa 10 bar wird die Folie veranlaßt, in die Kavitaten der Werkzeugwalze einzudringen.
Die Noppen haben eine Länge von zunächst 120 bis 120 μm.
Die nach dem Verfahren gewonnenen Folien können als textiles Backsheet auf dem Hygienesektor verwendet werden, aber auch als Einsatz für Obermaterialien in der Möbelindustrie. Die Folie kann auch weiterbehandelt werden durch Imprägnieren, Perforieren, Verstricken usw.. Auch eine Bedruckung ist möglich. Durch eine entsprechende Narbenstruktur läßt sich die Haptik und das Aussehen der Folie weiter verbessern.

Claims

O 00/16965 1 3
P A T E N T A N S P R Ü C H E
. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen Halbzeugs aus einem Thermoplasten, mit folgenden Verfahrensschritten: ein thermoplastisches Kunststoffmaterial wird in geschmolzenem Zustand oder in Form einer Folie auf eine in ihrer Temperatur einstellbare, gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur (Matrix) ausgearbeitete Oberfläche (5) mit gegenüber dem Kunststoffmaterial geringer Adhäsionsneigung und mit zahlreichen feinen Kavitaten in Form von Sackbohrungen aufgebracht und wenigstens im Kontaktbereich mit der Oberfläche auf Schmelztemperatur gehalten, durch Druck auf das Kunststoffmaterial wird dieses in die Kavitaten unter Kompression des in den Kavitaten vorhandenen Restvolumens eingedrückt, so daß die Matrix gefüllt wird, die Kavitaten jedoch vom thermoplastischen Kunst- Stoffmaterial nur teilweise ausgefüllt werden, das verformte thermoplastische Kunststoffmaterial wird - noch auf der Oberfläche liegend - durch Abkühlung zum Erstarren gebracht, wobei es auf der mit der Oberfläche in Kontakt gebrachten Seite die entsprechende Flächenstruktur annimmt, der Druck auf das Kunststoffmaterial wird aufgehoben, wodurch die im Inneren der Kavitaten komprimierte Luft das Kunststoffmaterial wenigstens teilweise herausdrückt, das erstarrte Kunststoffmaterial wird von der Oberfläche als strukturierte Folie abgezogen, wobei das in die Kavitaten eingebrachte und aus diesen herausgezogene thermoplastische Material einen aus Vorsprüngen und Noppen bestehenden Flor bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein Thermoplast, ausgewählt aus der Gruppe Polyolefine, Polyisopropylen, Polyester, Po- lyvinylalkohole, Polyurethane, Polyätherester, Polyamide, Polyvinylchlorid, Polysulfone, Polycarbonate, ABS, ASA, Polyesteramide, sowie Mischungen oder Copolymerisate daraus, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen der strukturierten Folie bei einer Temperatur von 40° bis 60°C geschieht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Folie auf einer Bearbeitungswalze fixiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf das Kunststoffmaterial in einem Walzenspalt aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Vorsprünge und Noppen zwischen 50 μm und 200 μm ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Vorsprünge und Noppen 20 bis 60% der Tiefe der Kavitaten entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Besetzungsdichte an Vorsprüngen bzw. Haarfasern zwischen 3.000 und 20.000 Stück pro cm2 ist.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Flor bildenden Vorsprünge durch Kämmen, Bürsten, Rakeln und/oder Scherquetschen gereckt werden und dabei im Mittel die Länge der Vorsprünge des Flors um wenigstens das Zweifache der Ursprungslänge vergrößert wird und ein auf wenigstens einer Seite faserartig strukturiertes Halbzeug entsteht, bei dem die Vorsprünge zu Haarfasern gelängt sind.
10. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzenpaar (4, 6) vorgesehen ist, von dem die eine Walze eine in ihrer Temperatur einstellbare, gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur (Matrix) ausgearbeitete Oberflä- ehe (5) besitzt, die mit gegenüber dem Kunststoffmaterial geringer Adhäsionsneigung und mit zahlreichen feinen Kavitaten in Form von Sackbohrungen ausgestattet ist und die auf einem Teil ihrer Oberfläche auf die Schmelztemperatur des zur Verwendung kommenden Thermoplasten erhitzt werden kann, wobei mit der zweiten Walze (6) des Walzenpaars das Kunststoffmaterial in die Struktur der erhitzten Walze eindrückbar ist, mit einer Kühlvorrichtung, mit der die Walzenoberfläche und das darauf liegende Kunststoffmaterial nach Durchlauf durch den Walzenspalt führ- bar ist, und mit einer Abzugsvorrichtung, mit der die erstarrte strukturierte Folie (10) abziehbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung mit der Matrixoberfläche, z.B. der Walze, eine mit einer Arbeitsoberfläche versehene Vorrichtung
(20) nachgeschaltet ist, auf der das Halbzeug derart fixierbar ist, daß die mit dem Faserflor zu bedeckende Seite des Halbzeugs freiliegt, und daß zum Kämmen, Bürsten, Rakeln und/oder Scherquetschen dienende Arbeitsvorrichtungen, wie Rauhkratzen, Kämmwalzen und dgl., im Bereich der Arbeitsoberfläche angeordnet sind, mit denen die Haarfasern herstellbar sind.
12. Folienhalbzeug, hergestellt als Mono- oder Multilayerpro- dukt nach wenigstens einem der vorstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 9.
13. Folienhalbzeug nach Anspruch 12, bestehend aus zwei
Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Flor versehene Schicht aus einem in der Wärme leichter fließenden Polymer und die Rückseitenschicht aus einem hochviskoseren Polymer besteht.
14. Folienhalbzeug mit einem Faserflor, dessen mit dem Faserflor bedeckte Seite des Halbzeugs gerauht und dabei im Mittel die Länge der Fasern des Faserflors um wenigstens das Zweifache vergrößert ist.
15. Folienhalbzeug mit einem Faserflor, hergestellt nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Faserflor abgewandte Seite mit einem Trägermaterial, beispielsweise Gewebe, Gewirke oder Vliesstoff, verbunden ist.
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