-
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
-
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
-
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
-
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.