Feijen, Henricus Hubertus Wilhelmus (Hogeweg 14, EC Velp, NL-6881, NL)
Stiefelhagen, Ronald (Van Beuningenlaan 20, R Maarsbergen, NL-3953, NL)
Vieth, Christian (Siedlungsstrasse 3D, Wörth, 63939, DE)
Dortmans, Johannes Petrus Maria (Burnierlaan 22, ED Roøzendaal, NL-6891, NL)
Oosterbroek, Maarten (Ysselrust 36, DW Westervoort, NL-6932, NL)
Tijink, Freddy Marinus Johannes (Landrebenlaan 54, AZ Oldenzaal, NL-7573, NL)
Feijen, Henricus Hubertus Wilhelmus (Hogeweg 14, EC Velp, NL-6881, NL)
Stiefelhagen, Ronald (Van Beuningenlaan 20, R Maarsbergen, NL-3953, NL)
Vieth, Christian (Siedlungsstrasse 3D, Wörth, 63939, DE)
Dortmans, Johannes Petrus Maria (Burnierlaan 22, ED Roøzendaal, NL-6891, NL)
Oosterbroek, Maarten (Ysselrust 36, DW Westervoort, NL-6932, NL)
| 1. | [beim Internationalen Büro am 31 Oktober 2005 (31.10.2005) eingegangen; ursprünglicher Anspruch 1 geändert; alle weiteren Ansprüche unverändert (1 Seite)] Patentansprüche: Verfahren zur Variation des Arbeitsvermögens von einem Filamentgarn, da¬ durch gekennzeichnet, dass dieses Filamentgarn zunächst mit mindestens einem weiteren Filamentgarn, welches sich von dem ersten Filamentgarn hin¬ sichtlich seines KraftDehnungsverhaltens unterscheidet, zusammengeführt wird, danach das erste mit dem mindestens einen weiteren Filamentgarn, vor¬ zugsweise bei erhöhter Temperatur, miteinander verwirbelt wird und die beiden Filamentgarne schließlich durch Beaufschlagung des oder der Filamentgame mit Schlichtemitteln und/oder Adhesiven, gefolgt von einem anschließendem Aushärten des Schlichtemittels bzw. der Adhesive, verbunden werden, oder, dass nach dem Verwirbeln das erste Filamentgarn mit dem mindestens einen weiteren Filamentgarn verzwirnt wird und danach eine thermische Nachbehandlung durchgeführt wird, wobei die Filamente der verwirbelten Garne ganz oder teilweise zum Schmelzen gebracht werden. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filamentgarne im wesentlichen nur HochmodulFilamente enthält. GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19). |
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Variation des Arbeits¬ vermögens von einem Filamentgarn.
Bei der Prüfung von Materialien, wie z.B. Fasern oder Filamenten, Textilien, Fo¬ lien, Membranen, ist es üblich, ihr Kraft-Dehnungs-Verhalten zu messen. Dabei wird das Material einer normalen Zugfestigkeitsprüfung unterzogen, wobei man durch eine geeignete Vorrichtung fortwährend die Kraft aufzeichnet, welche sich aus der zunehmenden Längenänderung ergibt. Diese graphische Darstellung wird als Kraft-Dehnungs-Kurve, Kraft-Dehnungs-Diagramm oder auch Kraft-Längenän- derungs-Diagramm bezeichnet.
Die Kraft-Dehnungs-Kurve (KD-Kurve) wird in ein rechtwinkliges Koordinaten¬ system eingezeichnet, wobei die Kraft (F) nach oben, die Dehnung (ΔL) nach rechts aufgetragen wird. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine solche KD-Kurve. Die Zugfestigkeitsprüfung wird in der Regel fortgeführt, bis das zu testende Material reißt, die dabei auftretende Höchstkraft wird als Reißkraft, die dazugehörige Län¬ genänderung als Reißdehnung bezeichnet. Die Zugarbeit eines Materials ist die bei der Zugfestigkeitsprüfung bis zum Errei¬ chen einer bestimmten Zugkraft oder deren dazugehörigen Längenänderung auf¬ gewendete Arbeit im physikalischen Sinn (als Weg-Integral der Kraft, in Fig. 1 , also die Fläche OFDO) und kann somit aus einer KD-Kurve bestimmt werden. Von Interesse für die vorliegende Erfindung ist die Zugarbeit, die bis zum Erreichen der Reißkraft aufgewendet werden muss. Diese Zugarbeit (Fläche OFmaχBO) wird als Arbeitsvermögen (W) bezeichnet und ist charakteristisch für das zu testende Ma¬ terial. Die Bestimmung der Kraft-Dehnungs-Kurve und die Ableitung der physikalisch relevanten Größen ist dem Fachmann bekannt und erfolgt in Übereinstimmung mit DIN 53857. Das Arbeitsvermögen (W) lässt sich aus der Kraft-Dehnungskurve mittels der folgenden vereinfachten Formel errechnen:
W = 1/2 x Reißkraft [N] x Reißdehnung [%] (1 )
Für eine Reihe von Anwendungen wäre es wünschenswert, wenn das für ein be¬ stimmtes Material charakteristische Arbeitsvermögen veränderbar wäre, um die¬ ses Material, beispielsweise ein Filamentgam, dem Anforderungsprofil maßge¬ schneidert anzupassen.
So wäre es zum Beispiel erstrebenswert, würde man ein Filamentgam haben, das bezüglich seines Moduls im Bereich von Aramidgarnen läge, hinsichtlich seiner Dehnung jedoch eher die Eigenschaften von Polyestergamen aufweist. Im Falle einer plötzlichen massiven Belastung eines solchen Materials, welches dabei z.B. als Gewebe vorliegt, würde die Anfangsbelastung zunächst durch den sehr hohen Modul eines solchen Materials aufgefangen, bei einer fortschreitenden Belastung jedoch dann durch das diesem Material innewohnende hohe Dehnungsvermögen aufgefangen. Eine typische Anwendung für ein solches Material wäre der Bereich von antiballi¬ stischen Einsatzgebieten, z.B. in Form von Schutzwesten oder dergleichen. Für antiballistische Einsatzgebiete kann man das sogenannte "Ballistische Schutzver¬ mögen" (Ballistic Protection-Capability (BPC)) wie folgt beschreiben:
BPC = (W x Vson)1/2 (2) Die Ermittlung und Berechnung des Arbeitsvermögens W in der Gleichung aus einem Kraft-Dehnungs-Diagramm sind bereits weiter oben beschrieben. Unter V30n ist die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der die Energie durch die Fa¬ ser fortschreitet. V80n kann wie folgt beschrieben werden:
Vson = (E/p)1/2 (3) Mit E = Energie in Nm und p = Titer in kg.
Der Begriff Modul ist dem Fachmann an sich ebenfalls bekannt. In einem norma¬ len Kraft-Dehnungs-Diagramm, wie in Fig. 1 dargestellt, wird an den allerersten Teil der Kurve, wo diese noch praktisch linear verläuft, eine Tangente angelegt und bis zu 100 % Dehnung verlängert. Die zu dieser Dehnung (100 %) gehörende Kraft wird als Modul, auch Anfangsmodul oder Young-Modul, bezeichnet. Das Anlegen einer solchen Tangente ist mitunter schwierig, weil der linear verlaufende Anfangsteil der Kraft-Dehnungs-Kurve (KD-Kurve) meist sehr kurz ist. Die Be¬ stimmung des Moduls ergibt deshalb oft weit schlechter reproduzierbare Werte als die Prüfung beispielsweise der Reißkraft.
Ein hoher Anfangsmodul verbunden mit einer gleichzeitig hohen Dehnung würde demzufolge zu einem hohen Arbeitsvermögen führen.
Das Mischen von zwei oder mehr Filamentgamen allein reicht leider nicht aus, um das Arbeitsvermögen in gewünschter Weise zu beeinflussen, da in solchen Fällen die KD-Kurven der beiden Garne nebeneinander vorliegen. Natürlich wäre auch bei einer solchen Maßnahme eine Vergrößerung der Gesamtfläche in den KD- Kurven festzustellen, jedoch liegen eigentlich zwei, oder ggf. mehr, KD-Kurven vor und es handelt sich bei einer solchen Maßnahme nicht um ein geeignetes Verfahren zur Variation des Arbeitsvermögens eines Filamentgarnes.
Es besteht also nach wie vor ein Bedürfnis, in geeigneter Weise das Arbeitsver¬ mögen von Filamentgamen zu variieren bzw. auf den jeweiligen Einsatzzweck hin maßzuschneidem. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein solches Verfahren zur Verfü¬ gung zu stellen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gelingt überraschend dadurch, dass ein Filamentgarn, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. im Eingangsabsatz beschrieben, zunächst mit mindestens einem weiteren Filamentgarn, welches sich von dem ersten Filamentgarn hinsichtlich seines Kraft-Dehnungsverhaltens unter¬ scheidet, zusammengeführt wird, danach das erste mit dem mindestens einen weiteren Filamentgarn, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, miteinander ver¬ wirbelt wird, und die beiden Filamentgame schließlich durch ein Verzwimen des ersten Filamentgarnes mit dem mindestens einen weiteren Filamentgarn oder durch Beaufschlagung des oder der Filamentgame mit Schlichtemitteln und/oder Adhesiven, gefolgt von einem anschließendem Aushärten des Schlichtemittels bzw. der Adhesive, verbunden werden oder dass nach dem Verwirbeln eine thermische Nachbehandlung durchgeführt wird, wobei die Filamente der verwirbelten Garne ganz oder teilweise zum Schmelzen gebracht werden, oder, dass nach dem Verwirbeln das erste Filamentgarn mit dem mindestens einen weiteren Filamentgarn verzwirnt wird und danach eine thermische Nachbehandlung durchgeführt wird, wobei die Filamente der verwirbelten Garne ganz oder teilweise zum Schmelzen gebracht werden.
Unter Filamentgarn soll im Rahmen dieser Erfindung die im übrigen gebräuchliche Bezeichnung für "praktisch endloses fadenförmiges Gebilde aus endlichen Fasern oder aus ein oder mehreren praktisch endlosen Elementarfäden" verstanden wer¬ den.
Durch eine Kombination von Verwirbelung mit nachfolgender Verzwimung bzw. Aushärtung von zuvor beaufschlagten Schlichtemitteln und/oder Adhesiven gelangt man in einfacher, aber unerwarteter Weise zu einer Verschmelzung der KD-Kurven der zusammengeführten Garne, so dass im wesentlichen ein gemeinsames KD-Diagramm entsteht.
Es ist natürlich auch möglich, sowohl die Verzwirnung als auch die Behandlung mit aushärtbaren Schlichtemitteln und/oder Adhesiven gemeinsam durchzuführen. Allerdings dürfte dieser Aufwand im allgemeinen nicht erforderlich sein, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Kraft-Dehnungs-Verhalten der derart zusammengeführten Garne sehr einheitlich ist, also die einzelnen Werte eine deutlich geringere Streuung aufweisen. Es kommt also gewissermaßen zu einer Homogenisierung dieser Werte im Vergleich zu einem bloßen Zusammenführen der Garne ohne die weiteren Schritte, des Verwirbelns und Verzwirnens bzw. des Beaufschlagens mit Schlichtemitteln und/oder Adhesiven.
Besonders bevorzugt ist es für das Verfahren gemäß der-vorliegenden Erfindung, wenn mindestens eines der Filamentgarne im wesentlichen nur Hochmodul-Fila- mente enthält. Auf diese Weise erhält man einen hohen Modul und damit oftmals bereits die gewünschte hohe Anfangssteigung im Diagramm.
Es ist ein besonderer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass man das Arbeitsvermögen gezielt durch Einstellen des Verzwimungsgrades steuern kann. Innerhalb eines bestimmten Bereiches gilt, dass mit zunehmender Anzahl der Drehungen, die Verschmelzung der KD-Kurven der zwei oder mehreren mit¬ einander verdrehten Garne immer mehr zunimmt, so dass ab einem bestimmten Grad der Verzwirnung ein praktisch einheitliches Diagramm erhalten wird.
Es ist bevorzugt, dass das Verzwirnen der Filamentgarne miteinander zwischen etwa 10 und etwa 400 Drehungen durchgeführt wird. Im Falle der Beaufschlagung mit Schlichtemitteln und/oder Adhesiven ist es bevorzugt, wenn dafür ein oder mehrere Substanzen gewählt werden aus der Gruppe enthaltend Polyester(harze), Polyurethane, Wachse, Polyacrylate, Epoxide und geblockte Isocyanate. Bevorzugt geschieht die Aushärtung dieser Substanzen bei erhöhter Temperatur in einem separaten Schritt. Es hat sich herausgestellt, dass das Verfahren dann besonders günstig durchge¬ führt werden kann, wenn das Verzwimen bzw. Beaufschlagen mit Schlichtemitteln und/oder Adhesiven im Anschluss an eine Verwirbelung bzw. Tangelung der Garne, die bei höherer Temperatur durchgeführt wird, geschieht.
Daher eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft als Be¬ standteil eines Streck- oder Spinnstreckprozesses, in dessen Verlauf es eingebaut werden kann. Um das Verfahren noch ökonomischer zu gestalten, wird vorge¬ schlagen, das oder die weiteren Filamentgarne im Laufe des ohnehin im Streck- prozess notwendigen Relaxationsschrittes des ersten Filamentgarnes zuzuführen und anschließend gemeinsam zu verwirbeln und zu verzwirnen. Die im Laufe des Relaxationsschrittes eingesetzte Wärme wirkt sich vorteilhaft auf die weiteren Verfahrensschritte aus.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Variation des Arbeitsvermö¬ gens zielt, ist es in aller Regel bevorzugt, wenn diese Variation auf eine Erhöhung dieses Arbeitsvermögens gerichtet ist. Als Hochmodul-Filamente werden bevorzugt Filamente eingesetzt, die hergestellt sind aus der Gruppe von filamentbildenden Verbindungen umfassend aromatische und teilaromatische Polyester, Aramid, Kohlenstoff, Glas, Rayon und Polyolefin.
Bevorzugt werden ebenfalls den elektrischen Strom bzw. Wärme leitende, hierbei insbesondere metallische, Filamente als Hochmodul-Filamente, wie z.B solche, die im wesentlichen aus Kupfer bestehen. Unter dem Begriff „Hochmodul-Filamente" sollen Filamentgame, deren Einzelfila- mente einen Anfangsmodul von wenigstens 50 GPa, vorzugsweise von wenig¬ stens 80 GPa, aufweisen, verstanden werden.
Um optimale Variationsmöglichkeiten zu erhalten, wird es weiterhin bevorzugt, wenn mindestens eines der Filamentgame im wesentlichen nur aus thermoplasti¬ schen Filamenten besteht.
Als thermoplastische Filamente werden solche Filamente besonders bevorzugt, die hergestellt sind aus der Gruppe von filamentbildenden Verbindungen umfas¬ send Polyester, Polyamid, Polyolefin, Polyvinyle, Polyacrylate sowie Copolymere davon.
Handelt es sich bei mindestens einem der beiden Filamente um ein thermoplastisches Filament, so kann die Verbindung zwischen den Polymeren dadurch unterstützt werden, dass zumindest kurzfristig in einem separaten Schritt eine Temperaturbehandlung erfolgt, wobei die dabei aufgewandte Temperatur höher ist als die Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden thermoplastischen Filaments.
Besonders bevorzugt als thermoplastische Filamente sind solche Filamente, die im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat bestehen.
Aufgrund der gut einstellbaren Eigenschaftsprofile werden Kombinationen aus ei¬ nem Hochmodul-Filamentgarn mit einem thermoplastischen Filamentgarn für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Für das Verfahren wird daher besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem ersten Filamentgarn um ein Filamentgarn handelt, das im wesentlichen aus Polyethylen¬ terephthalat besteht, welches mit einem weiteren Filamentgarn, das im wesentli- chen aus Aramid besteht, verbunden wird.
Weiterhin besteht ein besondere Ausführungsform des Verfahrens darin, wenn es sich bei dem ersten Filamentgarn um ein Filamentgam handelt, das im wesentli¬ chen aus Polyethylenterephthalat besteht, welches mit einem weiteren Filament¬ garn, das im wesentlichen aus Rayon besteht, verbunden wird.
Ebenfalls ist bevorzugt, wenn es sich bei dem ersten Filamentgarn um ein Fila¬ mentgarn handelt, das im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat besteht, wel¬ ches mit einem weiteren Filamentgarn, das im wesentlichen aus Polyethylen be¬ steht, verbunden wird.
Und schließlich wird bevorzugt, wenn es sich bei dem ersten Filamentgarn um ein Filamentgarn handelt, das im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat besteht, welches mit einem weiteren Filamentgarn, das im wesentlichen aus Polyvinylchlo¬ rid besteht, verbunden wird.
Die Erfindung ist ebenfalls auf solche Mischungen aus zwei oder mehreren FiIa- mentgarnen gerichtet, die erhältlich sind mittels des Verfahrens gemäß vorliegen¬ der Erfindung.
Solche Filamentgarn-Mischungen sind besonders gut geeignet für den Einsatz in antiballistischen Anwendungen, aber auch als Verstärkungsfilamente für Reifencorde, in Förderbändern oder für das Herstellen von Segeln.
Next Patent: PLATE FOR THE SEPARATOR OF A SEAM WEAVING MACHINE