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DE60011818T2 - Verfahren zur herstellung eines schnitt- und abriebfesten mehrschichtmaterials - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines schnitt- und abriebfesten mehrschichtmaterials Download PDF

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DE60011818T2
DE60011818T2 DE60011818T DE60011818T DE60011818T2 DE 60011818 T2 DE60011818 T2 DE 60011818T2 DE 60011818 T DE60011818 T DE 60011818T DE 60011818 T DE60011818 T DE 60011818T DE 60011818 T2 DE60011818 T2 DE 60011818T2
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DE
Germany
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fabric
film
thermoplastic film
high performance
fibers
Prior art date
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DE60011818T
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E. John HOLLAND
V. David CUNNINGHAM
W. Connie HOLLAND
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JHRG LLC
Original Assignee
JHRG LLC
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Publication date
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft schnitt- und abriebsfeste Laminate und das Verfahren zu deren Herstellung. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Laminats durch Verbinden einer Schicht einer thermoplastischen Folie z.B. aus Polyethylen oder Ethylenvinylacetat (EVA) mit einer Schicht eines festen leichten Gewebes, das aus Hochleistungsfasern wie Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht hergestellt ist.
  • Hochleistungsgewebe sind für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt worden, in denen Reißfestigkeit, Abriebsfestigkeit, Schnitt- und Stichfestigkeit und Chemikalien- und Kältefestigkeit von Bedeutung sind. Der Begriff „Hochleistungsgewebe", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet Gewebe, die aus einer Gruppe von Fasern hergestellt sind, die dazu herangezogen werden, um schnittfeste und abriebsfeste Gegenstände wie Handschuhe und Schürzen herzustellen. Die hohen Festigkeits/Gewichts-Verhältnisse dieser Gewebe können Eigenschaften schaffen, die wesentliche Verbesserungen in den zuvor genannten Funktionskennwerten aufweisen, und dies mit einem Bruchteil des Gewichts als bei anderen Alternativen. Es wäre wünschenswert, die Vorteile von Hochleistungsgeweben mit folienlaminierten Geweben zu kombinieren, die zurzeit für Anwendungen eingesetzt werden, die Folgendes einschließen aber nicht darauf beschränkt sind, nämlich Segeltuch, Abdeckungen für Frachtbehälter, Seitenvorhänge für Lastwagen mit Seitenbelastung und Säcke für Postwurfsendungen. Mit der Ausnahme von Segeltuch werden diese Gegenstände typischerweise aus vinylbeschichtetem Nylon oder ähnlichen Materialien hergestellt, die diese Hochleistungseigenschaften nicht zeigen. Die Vinylbeschichtung wird zum Zwecke des Schaffens einer undurchdringlichen Barriere gegenüber Luft- und Fluiddurchdringung bereitgestellt. Die Nachteile der zurzeit erhältlichen vinylbeschichteten Nylon- oder Polyestergewebematerialien bestehen, relativ gesehen, in einem Fehlen von Haltbarkeit und in ihrem relativ höheren Gewicht pro Flächeneinheit. Es wäre somit wünschenswert, die hohen Festigkeits- und die niedrigen Gewichtseigenschaften von Hochleistungsgeweben für diese Anwendungen auszunutzen. Ein erfolgreiches Laminierungsverfahren für diese Gewebe würde deren Abriebsfestigkeit erhöhen. Es wird davon ausgegangen, dass bis heute kein erfolgreiches Verfahren für die wirtschaftliche Laminierung von Hochleistungsgeweben mit einer thermoplastischen Folie wie aus Polyethylen oder aus EVA entwickelt wurde, um ein haltbareres, wasserfestes, schnitt- und verschleißfestes, flexibles Laminat zu schaffen.
  • Es wurde eine Vielzahl von Versuchen unternommen, eine Polyethylenfolie an ein Hochleistungsgewebe anzuhaften, wie einem Gewebe, das aus Garn hergestellt ist, das aus Polyethylengarn mit hohem Molekulargewicht und hoher Festigkeit hergestellt ist. Ein typisches Beispiel für ein solches Garn und ein solches Gewebe sind die Fasern der Marke Spectra®, die von Allied Signal erhältlich ist. Diese Fasern werden manchmal auch als aus Polyethylen mit langerstreckten Ketten hergestellt beschrieben. Es wird davon ausgegangen, dass in den mehr als zehn Jahren seit der ersten Einführung der Spectra-Fasern kein wirtschaftlich machbares Verfahren zum Laminieren einer Polyethylenfolie auf ein Gewebe entwickelt wurde, das aus Spectra-Fasern hergestellt ist. Es wird davon ausgegangen, dass es mehrere Gründe für dieses Ergebnis gibt. Polyethylenfasern mit hohem Molekulargewicht verlieren, wenn sie Temperaturen im Bereich von etwa 230 bis etwa 240°F und mehr ausgesetzt sind und wenn die Fasern dabei entspannt sind, eine deutliche Menge ihrer Festigkeit. Der Verlust von Fasereigenschaften ist sowohl eine Funktion der Temperatur als auch der Zeit, für die die Fasern bei dieser Temperatur gehalten werden. Zusätzlich dazu übersteigen der Temperaturbereich und die Zeit, die benötigt werden, die Polyethylenfolie an die Hochleistungsfasern anzuhaften, die Zeit/Temperatur, die benötigt wird, die entspannten Fasern abzubauen, deutlich. Außerdem schrumpfen die Polyethylenfasern mit hoher Festigkeit und hohem Modulus, wenn sie nicht fest eingespannt sind, bei Aussetzen an Wärme. Diese Schrumpfung liegt weit über 5 % und kann zu Spannungen in dem Gewebe führen, die permanente und schwere Falten verursachen, bis zu dem Punkt, an dem das resultierende Laminat kommerziell nicht mehr verwendbar ist.
  • Es gibt das Bedürfnis nach einem Verfahren, das eine thermoplastische Folie mit einem Ethylengehalt von zumindest etwa 20 % mit einem Gewebe sicher und verlässlich verbindet, das aus Hochleistungsfasern gebildet wird, und zwar unter Anwendung von Wärme, aber auf eine Weise, die die Eigenschaften der Hochleistungsfasern erhält.
  • Die vorliegende Erfindung löst die Probleme, die bis jetzt mit der Laminierung von thermoplastischen Folien auf Gewebe verbunden waren, die mit einem beträchtlichen Prozentsatz (mehr als 25 %) von Hochleistungsfasern wie Polyethylenfasern mit hoher Zähigkeit, hohem Modus und ultrahohem Molekulargewicht hergestellt sind.
  • Die Lösung ist mit Folgendem verbunden, nämlich dem gemeinsamen Aufrollen unter Spannung einer thermoplastischen Folie mit einem Ethylengehalt von zumindest 20 % und einem Hochleistungsfasergewebe, um ein gewickeltes Bündel auszubilden; und dem Erwärmen des gewickelten Bündels auf eine ausreichende Temperatur und für eine ausreichende Zeitspanne, um die thermoplastische Folie so aufzuweichen, dass ein Schrumpfen des Hochleistungsgewebes den Laminierdruck erzeugt, um die thermoplastische Folie auf das Hochleistungsgewebe zu laminieren.
  • Diese Technik resultiert in einem flexiblen, schnitt- und abriebsfesten, im Wesentlichen luft- und flüssigkeitsundurchdringlichen Laminat mit einem gewirkten Gewebe, das Kettgarne und Schussgarne einschließt, wobei die Kettgarne ein Polyethy len mit ultrahohem Molekulargewicht aufweisen; und mit einer laminierten Schicht, die eine Polyethylenfolie mit niedriger Dichte aufweist.
  • In einer alternativen Ausführungsform besteht ein im Wesentlichen luft- und flüssigkeitsundurchdringliches Laminat aus einer ersten äußeren Schicht, die ein Laminat eines gewirkten Hochleistungsgewebes und eine thermoplastische Folie aufweist, die ein Polyethylen mit niedriger Dichte aufweist, und die auf beiden Seiten einer mittleren Schicht angeordnet ist, die ein Faservliesgewebe aufweist. Die thermoplastischen Folien der ersten und zweiten äußeren Schicht liegen dabei der mittleren Schicht gegenüber. Die drei Schichten werden wiederum fest aufgerollt und erwärmt, um eine einstückige, dreischichtige, laminierte Folie zu bilden.
  • Somit ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftliches Verfahren zum Zusammenlaminieren einer thermoplastischen Folie und eines Hochleistungsgewebes bereitzustellen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen leichten laminierten Folienmaterials zu schaffen, ohne dabei Festigkeit zu verlieren oder die Fasern im Hochleistungsmaterial abzubauen.
  • Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen erkennbar, wenn sie im Zusammenhang mit den Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines alternativen Laminierungsverfahrens ist, wobei das Laminat und das Gewebe fest um einen Kern gewickelt sind, und
  • 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Der Begriff „Gewebe", wie er hierin verwendet wird, schließt solche mit einer Leinwandverbindung ein, die unter Verwendung von konventionellen Webtechniken hergestellt wurden.
  • Der Begriff „Faser", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet einen grundlegenden Bestandteil, der in der Herstellung von Garnen und Geweben verwendet wird. Im Allgemeinen ist eine Faser ein Bestandteil, der eine Länge aufweist, die viel größer ist als sein Durchmesser oder seine Breite. Dieser Begriff schließt Folgendes ein, nämlich Monofil-, Multifil-, Band-, Streifen-, Fiber- und andere Formen von geschnittenen, gestückelten oder diskontinuierlichen Fasern und dergleichen mit einem gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Querschnitt. „Faser" schließt außerdem eine Vielzahl jeder der zuvor Genannten oder eine Kombination der zuvor Genannten ein.
  • Der Begriff „Hochleistungsfaser", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Klasse von Fasern mit hoher spezifischer Reißkraft (mehr als 7 g/d), so dass sie sich für Anwendungen eignen, in denen eine hohe Abriebs- und/oder Schnittfestigkeit wichtig ist. Typischerweise weisen Hochleistungsfasern in der endgültigen Faserstruktur einen hohen Grad an molekularer Orientierung und Kristallinität auf.
  • Der Begriff „Hochleistungsgewebe", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Gewebe, das unter Verwendung von Hochleistungsfasern als Hauptbestandteil des Gewebes hergestellt wurde, so dass das Gewebe die Leistungsvorteile der Hochleistungsfasern genießt. Somit ist ein Gewebe, das aus 100 % Hochleistungsfasern hergestellt ist, ein Hochleistungsgewebe. Abhängig von der Konstruktion des Hochleistungsgewebes kann ein „Hauptbestandteil" an Hochleistungsfasern jedoch weniger als die Mehrheit der Fasern in dem Gewebe darstellen. Wie es nachstehend näher beschrieben ist, entspricht ein gewirktes Gewebe, in dem zumindest 50 % der Kettgarne aus geeigneten Hochleistungsfasern bestehen, zum Zweck der vorliegenden Erfindung dieser Definition. Die übrigen Kettgarne und die Schussgarne können aus jedem anderen geeigneten Material bestehen, das mit der Ausführung der vorliegenden Erfindung kompatibel ist.
  • Die Querschnittsformen von für die Ausführung der vorliegenden Erfindung geeigneten Fasern schließen kreisförmig, flach oder länglich ein. Sie können außerdem einen ungleichmäßigen oder gleichmäßigen, multilobalen Querschnitt mit einer oder mehreren gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Loben aufweisen, die von der linearen oder Längsachse des Filaments vorstehen.
  • Die Begriffe Laminat und laminieren, wie sie hierin verwendet werden, bezeichnen das Aufbringen einer flexiblen Folie auf eine Gewebekonstruktion, um eine dauerhafte Verbindung zu schaffen, die einem rauen Einsatz ohne einem Ablösen widersteht.
  • Es wurde herausgefunden, dass Polyethylen und Ethylenvinylacetat(EVA)-Folien unter geeigneten Laminierbedingungen ohne Verwendung eines Verbindungsmittels gut an aus Hochleistungspolyethylenfasern hergestellten Geweben haften. Auch wenn die genauen Mechanismen des Verbindens nicht identifiziert wurden, wird davon ausgegangen, dass diese mehr beinhalten als nur das Eindrücken der Folie in die Zwischenräume der Gewebekonstruktion. Polyethylenfolien, die auf Gewebe aufgebracht sind, die aus Hochleistungspolyethylenfasern hergestellt sind, haften diesen ausreichend an, so dass die Kraft, die benötigt wird, die Folie von dem Gewebe zu entfernen, die Festigkeit der Folie übersteigt. Nach der anfänglichen Laminierung verbessert eine fortgesetzte Hitzebehandlung die Anhaftung, was darauf hindeutet, dass die Polyethylenfolie mit niedererer Dichte in die kristalline Struktur der Hochleistungsfasern diffundiert. Es wird davon ausgegangen, dass eine thermoplastische Folie mit einem Ethylengehalt von zumindest 20 % sich mit Hochleistungspolyethylenfasergeweben verbinden wird.
  • Die Anhaftung der EVA-Folie an das Gewebe ist auf Grund der niedrigen Festigkeit der Folie schwieriger zu charakterisieren. Sie könnte auf Grund des Ethylenqehalts der Folie ähnlich zu der der Polyethylenfolie sein. Die EVA-Folie reißt jedoch, wenn der Versuch gemacht wird, die Festigkeit zu bestimmen, mit der die Folie an dem Gewebe anhaftet, selbst dann, wenn ein Rand der Folie über den Rand des Gewebes übersteht.
  • Als zusätzlicher Vorteil kann die Folie pigmentiert sein, um einer Seite des Gewebes eine Farbe zu verleihen, oder die Folie kann als Substrat in normalen Verfahren zum Drucken auf Polyethylenfolie verwendet werden.
  • Es wird davon ausgegangen, dass Polyethylen- oder EVA-Folien gemäß der Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht zufriedenstellend an gewirkten Geweben anhaften werden, die aus Aramid- oder Flüssigkristallpolymerhochleistungsfasern hergestellt sind. Dies geschieht, da die Fasern, wenn sie erwärmt werden, nicht merklich schrumpfen. Versuche, ein Polyethylen- oder EVA-Laminatprodukt unter Verwendung dieser Gewebefasern in einer gewirkten Gewebekonstruktion zu schaffen, waren nicht erfolgreich, wobei die Folie nach dem Freiarbeiten eines Abschnitts der Folie von dem Gewebe durch mechanische Einwirkungen wie Reiben oder Verdrehen des Laminats sich als kontinuierliche Schicht delaminiert.
  • Geeignete Fasern mit hoher Zähigkeit und hohem Modulus sind lösungsgestreckte Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht (UHWM), wie diese unter den Markennamen Spectra®, Dyneema® und Tekmilon® verkauft werden. Es wird ferner davon ausgegangen, dass schmelzgesponnene Polyethylenfasern mit einer spezifischen Reißkraft von 15 Gramm pro Denier wie Certran®-Fasern laminiert werden können, aber möglicherweise nicht dieselbe Folienanhaftung bereitstellen.
  • Jede geeignete Polyethylen- oder EVA-Folie kann als Laminierfolie verwendet werden. Polyethylen mit hoher Dichte, Polyethylen mit niedriger Dichte und lineares Polyethylen mit niedriger Dichte sind zur Verwendung in der Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet. Polyethylenfolien mit niedriger Dichte und EVA-Folien, die mit flammenhemmenden Mitteln beladen sind, und Folien mit niedriger Dichte mit Pigmenten wurden ebenfalls verwendet. Wie in den nachstehenden Beispielen aufge zeigt, variiert die Zeit und die Temperatur, die für die Laminierung benötigt werden, für jede der Folien.
  • Das Verfahren zur Laminierung der Folie auf die Gewebekonstruktion erfolgt durch die Anwendung von Wärme und Druck auf die (das) Folie/Gewebe für eine gewisse Zeit. Der angewendete Druck resultiert aus einer Kombination des Aufrollens des Gewebes und der Folie in ein festes Bündel und des Drucks, der durch das Schrumpfen der Gewebefasern während des Erwärmens erzeugt wird. Die Temperaturen können in Abhängigkeit des Typs der verwendeten thermoplastischen Folie von 93°C (200°F) bis 135°C (275°F) variieren. Die Prozesszeit kann von 8 Stunden bis 20 Stunden variieren. Wenn die Prozesstemperatur erhöht wird, wird die Prozesszeit reduziert. Umgekehrt nimmt die Zeit, die benötigt wird, eine taugliche Verbindung der Folie mit dem Gewebe zu schaffen, bei niedrigeren Prozesstemperaturen schnell zu. Die minimale annehmbare Temperatur ist die, die ausreichend ist, die thermoplastische Folie aufzuweichen und eine Schrumpfung des Hochleistungsgewebes zu verursachen, um einen Laminierdruck zu erzeugen.
  • Das Laminierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines Dreischrittprozesses, wie in 1 dargestellt, durchgeführt werden. Der erste Schritt schließt das Zusammenheften der thermoplastischen Folie 50 mit der Gewebekonstruktion 52 auf kontinuierlicher Basis unter Verwendung einer beheizten Kalanderwalze 54 ein, um ein schwach laminiertes Material zu bilden. Nach diesem Schritt haftet die Folie dem Gewebe gleichmäßig an, kann aber leicht davon abgetrennt werden. In diesem Zustand ist das laminierte Material nicht für die vorgeschlagenen, für diese Erfindung in Betracht gezogenen Endverwendungen geeignet. Ein Releasepapier 58 kann, wenn gewünscht, verwendet werden. Eine geeignete Maschine ist der Van-Vlandrin-Silk-Kalander mit einer weichen Hülsenwalze und einer geheizten Stahlkernwalze. Ältere Versionen dieser Maschine sind dampfbeheizt und weisen Vorrichtungen zum Modifizieren der Menge des Drucks auf, der auf die Folie/Gewebekombination angewendet wird. Nach dem Schritt des Anhaftens wird die kontinuierliche Rolle fest mit einem geeigneten Releasepapier in ein Bündel 56 aufgewickelt und mit wärmebeständigem Band gesichert. In diesem Beispiel ist das Releasepapier so angeordnet, dass es sich während des Aufwickelns direkt neben dem Papierkern 300 befindet. Alternativ kann das Papier außerhalb der Folie 311 und dem Gewebe 312 angeordnet sein, ohne dass dieses einen größeren Einfluss auf das fertige Laminat hätte. Gewisse Unterschiede im Erscheinungsbild des fertigen Laminats können jedoch bemerkt werden. Als nächstes wird das Bündel in einem Ofen bei einer Temperatur von 93°C (200°F) bis 135°C (275°F) für 2 bis 5 Stunden gebacken. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Druck in zwei Schritten auf die (das) Folie/Gewebe angewendet, zuerst bei moderater Temperatur ein relativ hoher Druck für eine kurze Zeit, d.h. die Zeit in der Kalanderwalze, um die Folie an das Gewebe zu heften, und zweitens bei viel niedrigerem Druck, wie zuvor beschrieben, für eine viel längere Zeit.
  • In einem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden das Gewebe 312 und die Folie 311 mit einem Releasepapier 310 fest auf einen Papierkern 300 mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 6 Zoll aufgerollt, um ein Bündel 315 auszubilden. Wünschenswerterweise sind das Gewebe 312 und die Folie 311 so angeordnet, dass das Gewebe 312 an der Außenseite der Folie angeordnet ist. Dies hat den Grund, dass so die durch die Schrumpfung des Gewebes während des Erwärmens erzeugte Kraft die zwei Bestandteile in Laminierkontakt zwingt. Es wird davon ausgegangen, dass, obwohl ein Umkehren der Positionen des Gewebes und der Folie akzeptabel sein kann, unter Verwendung der zuvor beschriebenen Anordnung eine bessere Leistung erreicht wird. Das resultierende Bündel 315 wird dann mit einem Band gesichert, das in der Lage ist, der Laminiertemperatur zu widerstehen. Das aufgewickelte Bündel 315 wird dann für einen Zeitraum von 8 bis 18 Stunden auf 116°C (240°F) bis 138°C (280°F) erwärmt. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 129°C (265°F) für etwa 18 Stunden durchgeführt. Hier wird der Hauptlaminierdruck durch die Gewebeschrumpfung, die während des Erwärmens vorkommt, auf das Bündel angewendet. Die genaue Menge an Druck ist unbekannt, es wird aber davon ausgegangen, dass sie unter 345 kPa (50 psi) liegt. Extra Druck, der über den, der durch den Vorgang des Bildens des Bündels erzeugt wird, hinausgeht, kann während der Wärmebehandlung angewendet werden, ist aber für annehmbare Ergebnisse nicht notwendig.
  • Die Laminate der vorliegenden Erfindung können auch unter Verwendung von Maschinen hergestellt werden, die für andere Zwecke ausgelegt sind. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Vorrichtung verwendet werden, die im US-Patent 5,401,344 für Dickson et al. zum Herstellen von Rollen von knitterfreiem Kompositfolienmaterial offenbart ist. Dickson offenbart eine Härtevorrichtung, die einen Zylinder mit einer innen angebrachten, aufblasbaren Blase einschließt. Der Zylinder ist dazu ausgelegt, in eine umrundende Anordnung mit einem Folienmaterial bewegt zu werden. Die Formrolle ist vorgesehen, um von innen die zusammengebauten eingehüllten Materialien mit Wärme zu versorgen, während die umgebende aufgeblasene Blase einen Druck ausübt, um ein Material vom kugelsicheren Typ über einen vorbestimmten Härtungszyklus zu härten. Die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist nicht mit einer Zeit des „Härtens" per se verbunden. Die Fähigkeit, einen Schritt des kontrollierten Erwärmens und ein knitterfreies Endprodukt zu schaffen, ist jedoch für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nützlich. Der Inhalt des Dickson-Patents ist hierin unter Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen.
  • Die folgenden Beispiele zeigen die Vorteile und unerwarteten Ergebnisse der vorliegenden Erfindung. Die spezifischen Prozessparameter, d.h. Temperatur, Druck, Zeit und Materialien, erläutern die Erfindung auf beispielhafte Weise und sollten nicht als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend verstanden werden. Außer, es wird nachstehend etwas anderes angemerkt, ist das Gewebe in jedem der Beispiele unter Verwendung von 100 % Hochleistungsfasern hergestellt. Die in den Beispielen verwendeten Typenbezeichnungen sind bekannte Produktbezeichnungen, die allgemein im Fachgebiet verwendet werden. In gewissen der Beispiele wird die thermoplastische Folie und das Hochleistungsgewebe unter Verwendung einer modifizierten Mustermaschine unter Spannung zusammen aufgerollt. Die Mustermaschine ist ein von der Perforated Pattern, Co., Inc. hergestellter Econo-Copier/2000. Diese Maschine wurde nicht zur Verwendung in einem Laminierverfahren ausgelegt, sondern wird typischerweise verwendet, ein Druckmuster auf lange Papierrollen zu übertragen. Die resultierenden Muster werden dann für Tuchschneidevorgänge in großem Maßstab für die Kleiderherstellung verwendet. Die Maschine wurde durch das Entfernen von gewissen, für die Verarbeitung von Rollen von Papier notwendi gen Druckwalzen modifiziert. Die verbleibenden Komponenten schließen drei Zuführungsrollen und eine Aufwickelrolle ein. Jede dieser Rollen weist Vorrichtungen für ein individuelles Einstellen der Spannung auf. Andere Walzen können in der Maschine vorhanden sein, werden aber in der Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht verwendet.
  • Beispiel 1
  • Ein 40,6 cm (16 Zoll) breiter mal 142 cm (56 Zoll) langer Streifen eines aus Allied Signal's Spectra® Hochleistungspolyethylenfasern hergestelltes Gewebe Typ 904 und eine 203 μm (8 mil) dicke von Blueridge Films hergestellte Polyethylenfolie mit niedriger Dichte und ein 12,7 μm (0,5 mil) Polyesterreleasepapier wurden von Hand zusammen aufgerollt. Die fest aufgewickelte Rolle wurde in wärmebeständiges Band eingewickelt und in einem Ofen bei 121°C (250°F) für sieben Stunden erwärmt. Als das Bündel aus dem Ofen entfernt wurde, wurde beobachtet, dass die Folie dem Gewebe mit einer Festigkeit anhaftete, die die Festigkeit der Folie überstieg. Die Folie konnte durch einfache mechanische Wirkung nicht von dem Gewebe entfernt werden. Zusätzlich dazu zeigte das fertige Produkt eine permanente Gewebestruktur, die aus dem Zusammendrücken der Gewebeschichten, die das Bündel bildeten, resultierte. Die Gewebestruktur ist für manche Anwendungen bevorzugt, da sie die Flexibilität erhöht, Defekte verbirgt und der Folienseite des Laminats eine ästhetisch ansprechende Oberfläche verleiht.
  • Beispiel 2
  • Eine von Deerfield Urethane, Inc. hergestellte, 203 μm (8 mil) EVA-Folie wurde auf eine 30,5 × 30,5 cm (12" × 12") Gewebeprobe laminiert, die aus Allied Signal's Spectra® 900 Hochleistungspolyethylenfaser hergestellt war. Das Garn wies einen Titer von 1200 Denier auf und die Gewebekonstruktion war eine 17 × 17 Leinwandbindungskonstruktion, Typ 902. Die Folie wurde anfänglich unter Verwendung eines Handbügeleisens an das Gewebe geheftet und das resultierende Laminat wurde für drei Stunden bei 104°C (220°F) in einem Ofen erwärmt. Die Folienanhaftung an das Gewebe überstieg die Festigkeit der Folie.
  • Beispiel 3
  • Eine von Deerfield Urethane, Inc. hergestellte, 203 μm (8 mil) EVA-Folie wurde auf ein aus Allied Signal's Spectra® 900 Hochleistungspolyethylenfasern hergestelltes Gewebe laminiert. Das Garn hatte einen Titer von 650 Denier und die Gewebekonstruktion war eine 34 × 34 Leinwandbindungskonstruktion Typ 904. Das Gewebe und die Folie wurden in der in dem Dickinson et al.-Patent beschriebenen Ausrüstung bei 129°C (256°F) und 1,034 MPa (150 psi) laminiert. Die Folie haftete dem Gewebe gut an und konnte nicht entfernt werden. Die Gewebegröße für diese Probe betrug 1,42 m (56 Zoll) Breite mal 18,3 m (20 Yards) Länge.
  • Beispiel 4
  • Ein Spectra®-Gewebe Typ 902 und eine von Blueridge Films, Inc. hergestellte 203 μm (8 mil) dicke Polyethylenfolie mit niedriger Dichte wurden in der in dem Dickinson et al.-Patent beschriebenen Ausrüstung bei 129°C (265°F) und 1,034 MPa (150 psi) zusammenlaminiert. Die Folie haftete dem Gewebe gut an und konnte nicht entfernt werden. Die Gewebegröße für diese Probe betrug 1,42 m (56 Zoll) Breite mal 9,14 m (10 Yards) Länge.
  • Beispiel 5
  • Eine von Deerfield Urethane, Inc. hergestellte 203 μm (8 mil) EVA-Folie wurde auf ein aus Allied Signal's Spectra® 900 Hochleistungspolyethylenfasern hergestelltes Gewebe laminiert. Das Garn hatte einen Titer von 650 Denier und das Gewebe und die Folie zusammen mit einer 12,7 μm (0,5 mil) Polyesterreleasefolie wurden von Hand auf eine Pappröhre aufgerollt. Eine Handspannung auf das Gewebe und das Releasepapier wurden aufrechterhalten, während die Röhre von einem dritten Individuum gerollt wurde. Die fertige Rolle wurde mit Hochtemperaturband getaped und die Rolle wurde bei 121°C (250°F) für 4,5 Stunden erwärmt. Die Folie konnte nach der Wärmebehandlung nicht von dem Gewebe entfernt werden. Die Gewebegröße für diese Probe betrug 1,42 m (56 Zoll) Breite mal 40,6 cm (16 Zoll) Länge.
  • Beispiele 6-12
  • Eine Herstellung von laminierten Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung in größerem Maßstab ist in der nachstehenden Tabelle 1 in den Beispielen 6 bis 12 dargestellt. Die meisten der Beispiele in Tabelle 1 wurden mit einem 1,42 m (56 Zoll) breiten und 9,14 m (30 Fuß) langen Abschnitt eines aus Spectra©-Hochleistungspolyethylenfasern hergestellten Gewebes hergestellt. Beispiele 8 und 9 verwendeten, wie nachstehend beschrieben, ein anderes Gewebe. Das Gewebe war entweder eine 17 × 17, 34 × 34 oder 56 × 56 Leinwandbindung. Das Gewebe wurde fest mit Blättern von Polyethylenfolie mit niedriger Dichte (LDPE) oder Ethylenvinylacetat(EVA)-Folie unter Verwendung der modifizierten Mustermaschine zusammen mit einem Releasepapier aufgewickelt. Die 178 und 203 μm (7 mil und 8 mil) dicken LDPE-Folien waren stark mit Ruß pigmentiert. Das Releasepapier war entweder ein 12,7 μm (0,5 mil) Polyester oder ein 12,7 μm (0,5 mil) silikonbehandeltes Polyester. Das aufgerollte Bündel wurde unter Verwendung eines wärmebeständigen Bands gesichert und unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen Temperaturen und Zeiten im Ofen erwärmt. Tabelle 1 Folien/Gewebe-Vergleichsbeispiele
    Figure 00170001
  • In jedem der Beispiele 6 bis 12 haftete die Folie dem Gewebe mit einer Festigkeit an, die die Festigkeit der Folie überstieg. Die Folie konnte durch kräftiges Biegen und/oder Reiben nicht von dem Gewebe entfernt werden. Das fertige Produkt zeigte an der Oberfläche eine permanente Gewebestruktur, die aus dem Schrumpfen des Gewebes und der Bewegung der Folie in die Räume zwischen den Garnen in dem Gewebe resultierte. Diese Gewebestruktur ist aus den zuvor beschriebenen Gründen bevorzugt. Das Gewebe zeigte sowohl in Schuss- als auch in Kettrichtung, wie in der Tabelle gezeigt, eine gewisse Menge an Schrumpfung. In den meisten Fällen nahm die Zugfestigkeit des Gewebes sowohl in Schuss- als auch in Kettrichtung zu. In den Beispielen 11 und 12 ergab sich jedoch eine Abnahme dieser physikalischen Eigenschaften, bei der davon ausgegangen wird, dass sie auf das lose Weben des Garns und die Unfähigkeit des Gewebes zurückzuführen ist, auf die maximal mögliche Enge zu schrumpfen. Zusätzlich wird in Beispiel 12 davon ausgegangen, dass die Dicke der verwendeten Folie auch zum Verlust von Zugfestigkeit beigetragen haben kann. Diese Laminate waren jedoch dennoch für die in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Anwendungen annehmbar.
  • Basierend auf den zuvor genannten Ergebnissen wird davon ausgegangen, dass eine Polyethylenfolie mit niedriger Dichte auf Hochleistungspolyethylen-basierte Gewebe laminiert werden kann. Eine gewisse Abnahme der Laminateigenschaften wird beobachtet, wenn die Foliendicke auf 178 μm (8 mils) erhöht wird. Da die Polyethylenfolie während dem Schritt des Erwärmens in das Gewebe wandert, nimmt die Menge, die der Durchmesser einer fest gewickelten Rolle während des Erwärmens abnimmt, mit einer Zunahme der Foliendicke zu. Es wird angenommen, dass die Menge, die die Kettfäden schrumpfen werden, um eine angemessene Spannung in den Fasereigenschaften zu erhalten, die Menge übersteigt, die vorkommen kann, bevor die Fasereigenschaften sich verschlechtern. Im Hinblick auf eine EVA-Folie wird davon ausgegangen, dass eine Foliendicke von 8 mils oder weniger geeignet ist. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass viel dickere EVA-Folien erfolgreich laminiert werden können.
  • In Bezug auf 3 wurde das Laminat in Beispiel 9 aus zwei Lagen des gemäß Beispiel 8 hergestellten laminierten Gewebes hergestellt. Das Laminat von Beispiel 9 ist eine Dreischichtstruktur mit zwei äußeren Schichten und einer mittleren Schicht, die dazwischen angeordnet ist. Jede der äußeren Schichten weist ein Hochleistungsgewebe 62 mit einer darauf laminierten thermoplastischen Folie 64 auf. Ein Faservliesgewebe 70 ist zwischen den beiden äußeren Schichten 60 angeordnet. Das Faservlies ist von Bayex, einer Abteilung von Bay Mills Limited, erhältlich und besteht aus einem 375 Denier Spectra 100 Garn, das in einem 45°-, -45°-Muster auf 6,35 mm (0,25 Zoll) Zentren gelegt ist. Das Faservlies weist ferner einen 50 Denier Polyesterbestandteil auf, der auf 6,35 mm (0,25 Zoll) Zentren gewoben ist. Die drei Schichten wurden unter Verwendung der modifizierten Mustermaschine fest zusammengerollt. Die Folienseiten der beiden Schichten 60 weisen nach innen in Richtung des Zentrums der Mehrschichtstruktur. Nach dem Schritt des Erwärmens wurde bemerkt, dass das resultierende Laminat eine zusätzliche 1,5 % Schrumpfung in Kettrichtung zeigte. Dieses Laminat war besonders widerstandsfähig gegenüber einer Durchdringung durch Eispickel und Messer. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Laminat besonders zur Verwendung als Segeltuch geeignet ist.
  • Es wurde weiter gefunden, dass das Gewebe, das verwendet wird, um die Laminate gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, nicht aus 100 % Hochleistungsfaser hergestellt sein muss. Das Gewebe sollte wünschenswerterweise Kettgarne enthalten, die aus Hochleistungsfasern, vorzugsweise einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, bestehen. Das Schrumpfen der Kettgarne in Kettrichtung erzeugt den Laminierdruck. Das in den Beispielen 8 und 9 verwendete Gewebe wird von North Cloth hergestellt und enthält Spectra-Hochleistungsfasern nur in Kettrichtung mit etwa 13,8 Garnen pro cm (35 Garne pro Zoll). Die Schussgarne waren ein 500-Denier-Polyester und wurden mit einer Rate von etwa 13,8 Schussfäden pro cm (35 Schussfäden pro Zoll) verwendet. Basierend auf den Experimenten mit diesem Gewebe wird davon ausgegangen, dass ein ähnliches Gewebe, in dem solche Hochleistungsfasern 50 % der Kettgarne ausmachen, eine befriedigende Leistung ergibt. Es ist ersichtlich, dass ein Verringern des Gehalts der Hochleistungsfasern in dem Gewebe die Kosten des Laminats dementsprechend verringert.
  • Beispiele 13-16
  • Tabelle 2 stellt die Ergebnisse von Vergleichstests der Erwärmzeit dar, die durchgeführt werden, um Auswirkungen eines Änderns der Zeit des Erwärmens zu bestimmen. In jedem der Beispiele 13 bis 16 wurden die Luftzirkulationsgebläse im Erwärmungsofen nach dem Erwärmzyklus laufen gelassen, bis die Temperatur der rezirkulierten Luft 49°C (120°F) erreichte. Die Testdaten zeigen an, dass für eine Erwärmtemperatur von 129°C (265°F) eine Erwärmdauer von etwa 8 Stunden wünschenswert ist. Es wird davon ausgegangen, dass bei niedereren Temperaturen mehr als 8 Stunden benötigt werden, um eine annehmbare Anhaftung der Folie an das Gewebe zu erreichen.
  • Tabelle 2 Vergleich der Erwärmzeiten
    Figure 00210001
  • Beispiele 17-19
  • Ähnliche Experimente wurden durchgeführt, um die Effektivität von einer Reihe von Erwärmtemperaturen zum Laminieren von EVA-Folie auf ein Hochleistungsgewebe zu vergleichen. Das laminierte Gewebe war 40 , 6 cm (16 Zoll) lang und 142 cm (56 Zoll) breit. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3 Vergleich der Erwärmzeiten
    Figure 00220001
  • Beispiel 20
  • Ein zusätzliches EVA-Laminat wurde unter Verwendung einer von Deerfield Urethane hergestellten 203 μm (8 mil) EVA-Folie und einem aus 650 Denier Spectra 900 gewobenen, aus Allied Signal's Spectrafasern, Typ 904, hergestellten Gewebe hergestellt. Das Gewebe war 9,14 m (10 Yards) lang. Die Bestandteile wurden zusammen mit einer 12,7 μm (1/2 mil) Mylar-Releasefolie auf einen Papierkern aufgewickelt. Die resultierende Rolle wurde unter Spannung gehalten, während sie mit einem geeigneten Band gesichert wurde. Die Rolle wurde für 18 Stunden bei 135°C (275°F) erwärmt. Die Folie war gleichmäßig auf das Gewebe lami niert und das resultierende Laminat schien gleichmäßigere Oberflächenmerkmale aufzuweisen.
  • Zusätzliche Experimente haben gezeigt, dass 135°C (275°F) eine bevorzugte Laminiertemperatur für EVA-Folien ist, da sie im fertigen Produkt bessere Oberflächenmerkmale schafft. Es sollte jedoch verstanden werden, dass das, was einen „gewünschten" Oberflächeneffekt darstellt, eine subjektive Bestimmung sein kann. Die Ausführung der vorliegenden Erfindung schließt somit ein Variieren der Laminiertemperatur und -dauer ein, um die Oberflächenerscheinung des fertigen Laminats zu verändern.
  • Auch wenn die vorliegende Erfindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass Modifikation und Variation eingesetzt werden können, ohne den Geist und den Schutzbereich dieser Erfindung zu verlassen, wie dies ein Fachmann leicht versteht. Solche Modifikationen und Variationen werden als im Schutzbereich der angehängten Ansprüche und deren Äquivalente angesehen.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Herstellen eines schnitt- und stichfesten, laminierten Gewebes, unter einem Laminierdruck, das Folgendes aufweist, nämlich a) gemeinsames Aufrollen unter Spannung einer thermoplastischen Folie (50) mit einem Ethylengehalt von mindestens 20 % und einem Gewebe (52) mit Hochleistungsfasern, um ein gewickeltes Bündel (56) auszubilden; und b) Erwärmen des gewickelten Bündels auf eine ausreichende Temperatur und für eine ausreichende Zeitspanne, um die thermoplastische Folie so aufzuweichen, dass ein Schrumpfen des Hochleistungsgewebes den Laminierdruck erzeugt, um die thermoplastische Folie auf das Hochleistungsgewebe zu laminieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Zusammenheften der thermoplastischen Folie (50) und des Gewebes (52) aufweist, so dass diese, vor dem Schritt des gemeinsamen Aufrollens der thermoplastischen Folie und des Gewebes, leicht aneinander anhaften.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner das Bereitstellens eines Releasepapiers (58, 310) in dem gewickelten Bündel aufweist, um eine Trennung zwischen Folienschichten in dem Bündel zu schaffen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermoplastische Folie (311) und das Gewebe (312) gemeinsam um einen Kern (300) aufgerollt sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Kern (300) einen Durchmesser von 50 bis 152 mm (2 bis 6 Inches) aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermoplastische Folie (50, 311) aus Polyethylen mit niedriger Dichte oder Ethylenvinylacetat besteht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermoplastische Folie (50, 311) eine Dicke von 76 bis 203 μm (3 bis 8 mils) aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochleistungsfasern aus Polyethylen mit langerstreckten Ketten bestehen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewebe (52, 312) ein gewirktes Gewebe ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das gewirkte Gewebe aus Kettgarnen und Schussgarnen besteht, und wobei die Hochleistungsfasern in dem Gewebe in den Kettgarnen enthalten sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei etwa 50 % der Kettgarne aus Hochleistungsfasern bestehen.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erwärmen des gewickelten Bündels (56, 315) bei einer Temperatur von 121 bis 141°C (250 bis 285°F) durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Erwärmen des gewickelten Bündels (56, 315) bei einer Temperatur von etwa 129°C (265°F) durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erwärmens des gewickelten Bündels (56, 315) für 8 bis 18 Stunden durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Erwärmens des gewickelten Bündels (56, 315) für etwa 8 Stunden durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die thermoplastische Folie (50, 311) aus Ethylenvinylacetat besteht und wobei der Schritt des Erwärmens des gewickelten Bündels bei einer Temperatur von etwa 121°C (250°F) durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die thermoplastische Folie (50, 311) aus Ethylenvinylacetat besteht und wobei der Schritt des Erwärmens des gewickelten Bündels bei einer Temperatur von 93 bis 135°C (200 bis 275°F) für etwa 18 Stunden durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewebe (52) zur überwiegenden Mehrheit aus Hochleistungsfasern hergestellt ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Gewebe (312) an der äußeren Seite der thermoplastischen Folie (311) auf dem Kern (300) angeordnet ist, und wobei die Schrumpfung der Hochleistungsfasern einen Laminierdruck erzeugt.
  20. Flexibles schnittfestes Laminat, das Folgendes aufweist, nämlich a) ein gewirktes Gewebe, das Kettgarne und Schussgarne aufweist, wobei zumindest 50 % der Kettgarne aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht bestehen; und b) eine luft- und flüssigkeitsundurchlässige Schicht, die an dem gewirkten Gewebe anhaftet und die aus Polyethylenfolie mit niedriger Dichte besteht, wobei die Anhaftung der Folie an das Gewebe die Festigkeit der Folie übersteigt.
  21. Flexibles schnittfestes Laminat, das Folgendes aufweist, nämlich a) eine erste äußere Schicht, die ein Laminat nach Anspruch 20 aufweist, b) eine mittlere Schicht, die ein Faservliesgewebe aufweist; und c) eine zweite äußere Schicht, die ein Laminat nach Anspruch 20 aufweist, wobei die thermoplastischen Folien der ersten und zweiten äußeren Schicht der mittleren Schicht gegenüberliegen.
  22. Laminat nach Anspruch 21, wobei das gewirkte Hochleistungsgewebe in der ersten und zweiten äußeren Schicht aus Kettgarnen aus Hochleistungsfasern und Schussgarnen aus Nichthochleistungsfasern besteht.
  23. Laminat nach Anspruch 22, wobei die Kettgarne aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht bestehen.
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