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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein kostengünstiges
Schlaufenbefestigungsmaterial für
mechanische Befestigungen des Haken-und-Schlaufen-Typs und ein Verfahren,
um das Schlaufenbefestigungsmaterial herzustellen. Der Einsatz des
Schlaufen-Befestigungsmaterials ist besonders geeignet bei wiederverschließbaren,
mechanischen Verschlüssen
an Wegwerfartikeln wie z. B. Windeln, Kleidungsstücken, Hygieneartikeln
für Frauen
und Inkontinenz-Einlagen für
Erwachsene.
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Hintergrund der Erfindung
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Mechanische Befestigungen des Haken-und-Schlaufen-Typs
sind wohl bekannt. Typischerweise enthält der Schlaufenteil der mechanischen
Befestigung einen gewebeartigen Träger, der mehrere hochstehende Schlaufen
aufweist, die von der Oberfläche
aufragen. Diese hochstehenden Schlaufen verbinden sich mit den Haken
des Hakenteils der mechanischen Befestigung. Solche Hakenmaterialien
werden üblicherweise
durch Weben oder Wirken von Garn oder faserartigen Schlaufen in
einem gewebten Stoff, oder durch Nähen von Schlaufen in ein Gewebe
oder eine Trägerfolie,
hergestellt. Während
diese herkömmlichen
Schlaufenmaterialien gut zusammen mit vielen Hakenbefestigungsmaterialien
funktionieren, sind sie normalerweise aufgrund der hohen Herstellungskosten
der Web-, Wirk- und Näh-Prozesse, die für die Produktion
dieser Schlaufenmaterialien eingesetzt werden und die sehr langsam
sind, ziemlich teuer. Die hohen Kosten und die geringen Herstellungsgeschwindigkeiten
zum Bilden der Schlaufenmaterialien sind besonders uner wünscht, wenn
die Schlaufen nur für
einen kurzen Zeitraum eingesetzt werden sollen, wie etwa bei Wegwerfartikeln,
wie zum Beispiel einen mehrmals verwendbaren Verschluß für eine Wegwerfwindel
für Kinder
oder den Verschluß einer Wegwerfpackung.
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Während
mehrere Typen kostengünstiger
Schlaufenbefestigungsmaterialien in der Patentliteratur schon vorgestellt
wurden, wird die aktive Forschung und Entwicklung, im Hinblick auf
die Herstellung von passenden kostengünstigen Schlaufenbefestigungsmaterialien
fortgesetzt.
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Das U.S.-Patent Nr. 5,032,122 offenbart
ein Schlaufenbefestigungsmaterial, das einen Träger aus „orientierbarem" Material und mehrere
faserartige Schlaufenelemente, die vom Träger wegstehen, besitzt. Die Schlaufenelemente
werden aus kontinuierlichen Fasern auf einem Träger aus „orientierbarem" Material gebildet
und diese Fasern werden, wenn das „orientierbare" Material in einem
bezüglich
seiner Maße
bzw. Lage instabilen bzw. noch nicht endgültigen Zustand ist (zum Beispiel
wenn es orientiert wird), intermittierend bzw. in gleichmäßigen Abständen auf
der Unterlage befestigt und zwar in festen Bereichen, die mit Zwischenräumen angeordnet
sind. Die Fasern werden bevorzugt parallel zueinander und prinzipiell
parallel zum Wirkungsweg des orientierbaren Materials auf dem Träger angeordnet.
Wenn das orientierbare Material in den vorgesehenen stabilen Zustand
bezüglich
seiner Maße überführt bzw.
gebracht wird (zum Beispiel mit Wärme bei einem wärmeschrumpfenden
Material oder mit Nachlassen der Spannung bei einem elastischen
Material), so daß es
sich entlang seines Wirkungswegs zusammenzieht oder kontrahiert,
dann werden die Schlaufenelemente durch Kräuseln der Fäden zwischen den befestigten
Bereichen gebildet.
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Das U.S.-Patent Nr. 5,256,231 und
das Europäische
Patent Nr. 341,933 B offenbart ein Schlaufenbefestigungsmaterial, das
eine thermoplastische Trägerschicht
und eine Faserbahn mit Ankerbereichen, die mit der thermoplastischen
Trägerschicht
an beabstandeten Verbindungsstellen verbunden sind, und gebogenen Bereichen
aufweist, die von der Vorderseite des Trägers zwischen den benachbarten,
beabstandeten Verbindungsbereichen wegstehen. Die Bahn aus Schlaufenmaterial
wird durch das Durchlaufen einer Faserbahn zwischen zwei Rillenwalzen
hergestellt, um die Verankerungsbereiche und die bogenförmigen Bereiche
zu bilden, und dann wird das thermoplastische Material durch Extrudieren
auf die Verankerungsbereiche aufgetragen. Alternativ dazu kann ein
vorgeformter Träger
aus thermoplastischem Material mit den Verankerungsbereichen der
Faserbahn mit Hilfe von thermischen, akustischen oder adhäsiven Methoden
verbunden werden. Die Faserbahn kann aus einer nichtgewebten oder
gewebten Bahn bestehen. Alternativ dazu können die Fasern in Form von
Garnen bereitgestellt werden, die im allgemeinen gleichmäßig verteilt
wurden, um eine Faserbahn bzw. -schicht herzustellen, wobei sie
vor dem Einbringen in die Rillenwalzen, durch einen Kamm gezogen
werden.
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U.S. Patent Nr. 5,326,612 beschreibt
eine Schlaufenbefestigungskomponente, die eine Vliesbahn enthält, die
intermittierend bzw. in Abständen
an einer Trägerfolie
befestigt wird. Die Vliesbahn besitzt eine nach außen gerichtete
Oberfläche,
die relativ eben, planar oder flach im Vergleich zu herkömmlichen
Schlaufenbefestigungsmaterialien ist. Die einzelnen Fasern der Vliesbahn
dienen dazu, sich mit den Haken der dazu passenden Hakenkomponente
der Haken- und Schlaufen-Befestigung
zu verhaken oder damit in Eingriff zu gelangen. Die Vliesbahn besitzt
ein relativ niedriges Flächengewicht
zwischen ungefähr
6 und 42 g/m2. Die Vliesbahn kann neben
anderen Vliesmaterialien eine kardierte oder Spinnvliesbahn sein.
Der gesamte Bereich der durch jegliche auftretende Ver- bindungen zwischen
den Fasern der Vliesbahn eingenommen wird, ist vorzugsweise niedriger
als etwa sechs Prozent der gesamten Bahnfläche. Die Vliesbahn wird dann
vorzugsweise autogen mit dem Träger
verbunden. Die Verbindungsmöglichkeiten
bzw. Verbindungstypen können
Ultraschallverbinden und Wärme-/Druck-Verbinden
beinhalten, sind aber nicht darauf begrenzt. Typischerweise ist
der Träger
eine Folie, aber er kann auch ein gewebter oder nichtgewebter Stoff
sein. Der gesamte Bereich, der sowohl durch die Verbindungen zwischen
den Fasern, die die Vliesbahn aufweisen, als auch durch die autogenen
Verbindungen zwischen der Vliesbahn und dem Träger besetzt ist, beträgt zwischen
ungefähr
10% und ungefähr
35% des gesamten Bereichs des Schlaufenbefestigungsmaterials. Die
Vliesbahn ist zwischen den autogenen Verbindungen nicht zusammengezogen
bzw. gerafft.
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Das U.S. Patent Nr. 5,447,590 stellt
eine Methode zur Herstellung eines Schlaufenbefestigungsmaterials
vor, bei der kontinuierliches Garn verwendet wird, wobei jedes Garn
mehrere nach außen
und nach oben stehende Schlaufen aufweist. Die Garne werden dann
zu Schichten mit parallel verlaufenden Garnen, die ein festgelegtes
räumliches
Verhältnis
besitzen, durch Verkleben untereinander oder mit einer Papierunterlage verarbeitet.
Der verklebte Schlaufenstoff wird dann zu einer Rolle aufgewickelt.
Die Garne werden so behandelt, das die Schlaufen beim Durchlaufen
durch ein Webeblatt nach oben gekämmt werden, das so befestigt wurde,
daß die
Ausgabeseite einen stumpfen Winkel mit dem Garn, das aus dem Webeblatt
läuft,
bildet. Die Schlaufen werden in den Garnen so geformt, daß eine wirkende
Faser herausgezogen bzw. überzogen
wird, wobei ein Kern bzw. ein Faserkern und eine wirkende Faser
gebildet wird.
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U.S. Patent Nr. 5,470,417 stellt
ein Schlaufenbefestigungsmaterial vor, das mindestens zwei, vorzugsweise
aber drei Zonen oder Schichten besitzt. Die erste Zone, die als
Verhakungszone bezeichnet wird, nimmt die Haken auf und verbindet
sie mit der passenden Hakenkomponente. Die Verhakungszone kann ein
gewebter Stoff sein oder eine Vliesbahn oder jedes Material, das
einen freien Raum für
die Haken zum Durchdringen liefert und die Haken bis die Befestigung
geöffnet
wird, verknüpft.
Die zweite Zone, die als Zwischenzone bezeichnet wird, liefert den
Platz bzw. Raum für
das Festsetzen der Haken. Die Zwischenzone kann ebenfalls aus Vliesbahnen
oder jeder anderen Materialart bestehen, die geeignet ist, den Platz
bzw. Raum für
die Belegung durch Haken bereitzustellen. Die dritte Zone ist ein
Träger,
der an die Zwischenzone angrenzt und einen Hintergrund bzw. eine
Basis für
die Zwischenzone und die Verhakungszone liefert. Der Träger kann
eine Folie sein und vorzugsweise dringen die Haken der dazugehörigen Hakenkomponente
nicht in den Träger
ein. Die einzelnen Zonen oder Schichten des Schlaufenbefestigungsmaterials
können
durch eine Anzahl von Methoden, unter anderem Nähen, Ultraschallverbinden,
Verkleben und Wärme-/Druck-Verbinden miteinander
verbunden werden. Das Schlaufenbefestigungsmaterial besitzt eine
nach außen
gerichtete Oberfläche,
die relativ flach ist im Vergleich zu konventionellen Schlaufenbefestigungsmaterialien.
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Obwohl mehrere, alternative, kostengünstige Schlaufenbefestigungs-Typen
schon in der Patentliteratur vorgestellt wurden, gibt es noch immer
einen Bedarf an kostengünstigen
Schlaufenbefestigungsmaterialien für Wegwerfartikel.
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Kurze Beschreibung der
Abbildungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des
in 4 und 6 abgebildeten Gewebes dieser Erfindung.
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2 ist
eine zweite Ausführungsform
des Verfahrens zur Herstellung des in 4 und 6 abgebildeten Gewebes dieser
Erfindung.
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3 ist
eine mikroskopische Abbildung der Draufsicht des Garns 12,
das an der Folie 2 vor der transversalen Verlängerung
befestigt ist.
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4 ist
die Draufsicht des in 3 abgebildeten
Garns, das einer transversalen Verlängerung von 3,5 zu 1 unterworfen
wurde.
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5 ist
der Blick auf den Querschnitt des Garns von
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3.
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6 ist
der Blick auf den Querschnitt des Garns von 4.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Erfindung liefert ein weibliches
oder Schlaufenbefestigungsmaterial für die Verwendung als Befestigungskomponente
in einer Schlaufen-und-Haken-Befestigungsanordnung. Das Schlaufenbefestigungsmaterial
der Erfindung ist so konzipiert, daß es sich mit männlichen
mechanischen Befestigungs-Elementen oder
mit Haken von männlicher
mechanischen Befestigungen verbindet. Diese männlichem mechanischen Befestigungen
enthalten ein Basismaterial, das Haken oder männliche mechanische Befestigungselemente
aufweist, die aufstehende Stämme
mit einzelnen Hakenfasereingriffselementen haben, die aus dem oberen
Teil der Stämme
herausragen. Diese Fasereingriffselemente sind in der Lage, mit
einzelnen oder mehreren Fasern des Schlaufenbefestigungsmaterials
in Eingriff zu kommen.
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Der Vorläufer zu dem Schlaufenbefestigungsmaterial
dieser Erfindung weist ein Trägermaterial
aus einem orientierbaren Substrat auf, auf dem mehrere mehrfädige Garne
bzw. Multifilamentgarne befestigt sind. Die einzelnen Garne sind
im we sentlichen parallel zueinander angeordnet, so daß die Garne
fest mit dem orientierbaren Bahnenmaterial entlang im wesentlichen
der gesamten Länge
der Garne verbunden sind. Die einzelnen Fasern oder Fäden der
mehrfädigen
Garne bilden die Schlaufenstrukturen der Schlaufenbefestigungsmaterialien.
Das Vorläuferträgermaterial
und Garnlaminat wird dann mindestens transversal zur Längsrichtung der
Garne orientiert. Das Trägermaterial
ist nach der Orientierung aufgrund der Vorzugsorientierung in diesen Bereichen
generell in den Bereichen zwischen den befestigten Garnen dünner (generell
etwa 10% oder mehr). Die Garne werden nach der transversalen Orientierung
ausgedehnt und werden offener bzw. voluminöser. Auch werden die Garne
nach der Orientierung intermittierend bzw. in Abständen am
Trägermaterial
mittels einzelner Fäden
auf einer Seite des Garns befestigt. Mindestens ein Anteil der Fäden oder
Fadensegmente der Garnoberfläche,
die am Träger
befestigt wurden, sind weitgehend nicht befestigt oder gelöst von dem
Trägersubstrat,
teils aufgrund der Orientierung oder der Dehnung des Trägersubstrats.
Darüber
hinaus sind die Garne nach der Orientierung durch eine Durchschnittsbreite
zwischen den am weitesten entfernten Befestigungspunkten der Fäden am darunterliegenden
Trägermaterial
und dem durchschnittlichen Höhenverhältnis von mindestens
1,2 zu 1, vorzugsweise mindestens 2,0 zu 1 (die Breite und die Höhe werden
durch einen zentralen Kernbereich der Fasern bestimmt, z. B. ca.
90% der Fasern) gekennzeichnet.
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Diese Erfindung bezieht sich weiterhin
auf ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Schlaufenbefestigungsmaterials,
das die folgenden Schritte aufweist:
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- a.) Bereitstellen mehrerer einzelner Multifilamentgarne,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie mindestens 20 Fäden besitzen
und diese Fäden
in transversaler Richtung mit moderater bzw. geringer Kraft trennbar
sind.
- Zum Beispiel, wenn das Garn ein Twist- bzw. gedrehtes Garn ist,
dann sind diese Aufdrehungen relativ locker;
- b.) Bereitstellen eines orientierbaren Trägermaterials;
- c.) Befestigung der mehreren Multifilamentgarne am Trägermaterial,
so daß jedes
der einzelnen Garne im wesentlichen kontinuierlich am Trägermaterial
befestigt ist, zum Beispiel in einem, im wesentlichen parallelen
Verhältnis
zu den angrenzenden Multifilamentgarnen; und
- d.) transversales Orientieren (zur Länge der Garne) und dauerhaftes
Verformen des orientierbaren Trägermaterials
mit den daran befestigten Multifilamentgarnen im Verhältnis von
mindestens 2,0 zu 1, um ein Schlaufenbefestigungsmaterial herzustellen,
das mit einem männlichen
mechanischen Befestigungselement in Eingriff bringbar ist.
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Diese Erfindung bezieht sich weiterhin
auf ein Haken- und Schlaufen-Befestigungs-Verschlußsystem, das
an einem Produkt befestigt ist. Das Produkt besteht aus dem Schlaufenbefestigungsmaterial
dieser Erfindung, das zu einer Schlaufenbefestigung auf einer zu
schließenden
Oberfläche
des Produkts geformt wird, in Kombination mit einem Haken oder einem
männlichen
mechanischen Verschluß auf
der anderen zu schließenden
Oberfläche
des Produkts. Die Verschlußoberflächen sind
im allgemeinen nicht gegeneinander verdrehbar, so daß die Haken-und/oder Schlaufenbefestigungen
eine festgelegte Orientierung besitzen.
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Darüber hinaus besitzen die Haken überhängende,
faserverbindende Elemente. Ein wesentlicher Anteil der besagten überhängenden,
faserverbindenden Elemente, ist auf der anderen zu verschließenden Oberfläche orientiert,
so daß mindestens
ein Teil des Überhangs
der faserverbindenden Elemente im wesentlichen parallel zur transversalen
Orientierungsrichtung des Schlaufenverschlusses, der aus dem Schlaufenverschlußmaterial
hergestellt wurde, verläuft.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Realisierung
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In 1 wird
eine erste Ausführungsform
der Herstellung von Schlaufenbefestigungsmaterial dieser Erfindung
gezeigt. Zu Beginn wird eine Serie von Garnen 12 zur Verfügung gestellt,
die auf Spulen oder Packungen 11 aufgebracht sind und die
im allgemeinen auf einem Scherbaumgestell, einem Tragebalken oder einer ähnlichen
Vorrichtung (nicht dargestellt) angebracht sind. Die einzelnen Garne
können
herkömmliche
gedrehte Garne oder Kern- und Effektgarne sein, wie in den U.S.-Patenten
Nr. 5,447,590 und Nr. 5,379,501 dargestellt, oder ähnliche
Garntypen, die in transversaler Richtung um mindestens 1,2 zu 1,
vorzugsweise um 2,0 zu 1, gestreckt oder gedehnt werden können. In
herkömmlicher
Art gedrehte Garne, die eine relativ niedrige Anzahl an Drehungen
pro Garnlängeneinheit
besitzen, werden bevorzugt. Mit kontinuierlichen Fadengarnen kann
die Anzahl der Drehungen so niedrig wie möglich sein und es wird immer
noch ein gut zu hantierendes Garn produziert werden. Im allgemeinen
liegt dies bei fünf
Drehungen pro Meter, aber die Anzahl der Drehungen kann im Bereich
von fünf
bis 5.000 Drehungen pro Meter liegen, vorzugsweise zwischen 10 und
1.000 Umdrehungen pro Meter. Wenn die Garne, die aus Fasern geformt
werden, diskrete Längen
besitzen, dann muß die
Anzahl der Drehungen ausreichen, um sicherzugehen, daß die Fasern
sich nicht vom Garn lösen.
Im allgemeinen liegt diese Untergrenze bei etwa 3 bis 4 Drehungen
pro Durchschnittsfaserlänge,
vorzugsweise bei mindestens 5 Drehungen pro Durchschnittsfaserlänge. Die
Obergrenze der Drehungen pro Durchschnittsfaserlänge ist nicht näher definiert,
jedoch wenn die Garne zu eng gedreht sind, dann können sie
nicht mehr transversal mit geringen Kräften separiert werden und können nicht
als Schlaufenbefestigungsmaterial verwendet werden.
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Die Garne können typischerweise 20 bis
1000 Fasern, vorzugsweise 50 bis 500 Fasern, aufweisen. Jede Faser
weist im allgemeinen ein Deniermaß von mindestens 2, vorzugsweise
aber 2 bis 5 auf. Die einzelnen Fäden, die ein Garn bilden, können aus
jedem herkömmlichen
faserbildenden Material, wie Nylon, Polyester, Polyolefin, Polyamin,
Rayon, Wolle, Baumwolle oder jeglichen anderen Naturfasern oder
wiederaufbereiteten Zellulosefasern bestehen. Im allgemeinen besitzen
die Fasern eine Länge
von mindestens 2 cm, vorzugsweise mindestens 5 cm. Vorzugsweise
werden die Fasern aus einem thermoplastischen Material wie Polypropylen,
Polyethylen, Polyester, Polyamiden oder ähnlichen Materialien gebildet.
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Die einzelnen Garne 12 können vom
Scherbaumgestell mit einzelnen Packungen 11 in einen Kamm 13 oder
eine ähnliche
Vorrichtung, die die Garne gleichmäßig mit Zwischenraum anordnet
und sie verteilt, eingebracht werden, bevor sie in eine Serie bzw.
Anordnung von Aufwickelwalzen oder Vorschubwalzen 14 und 15 (optional)
einlaufen. Ein weiterer Kamm kann hinter den Walzen 14 und 15 nachgeschaltet
werden, um sicherzugehen, daß die
Garne gleichmäßig mit
Zwischenraum angeordnet bleiben, bevor sie mit dem orientierbaren
Trägersubstrat 2 zusammengefügt werden.
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Das orientierbare Trägersubstrat 2 kann
von einer Zuführwalze 3,
die dann mit einem geeigneten warmschmelzenden oder druckempfindlichen
Kleber mittels einer Düse 8 oder
einer ähnlichen
Vorrichtung beschichtet wird, zur Verfügung gestellt bzw. dem Prozeß zugeführt werden,
bevor sie mit den mit Zwischenraum angeordneten, im wesentlichen
parallelen mehrfädigen
Garnen bzw. Multifilamentgarnen 12 verbunden wird. Alternativ
dazu kann das Trägersubstrat
eine Klebebeschichtung besitzen oder eine Schicht aufweisen, die vorher aufgetragen
wurde und als solche in Rollenform, wie im Stand der Technik bekannt,
geliefert werden kann.
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Der orientierbare Träger, der
mit einer Klebeschicht beschichtet ist, kann dann mit Hilfe von
Walzen 4 und 5 (die vorzugsweise mit einer Trennschicht,
wie etwa einer Teflonschicht beschichtet sind, wenn die Klebeschicht
oder die Beschichtung klebrig ist) eingebracht werden. Die Walze 5 kann
erwärmt
werden, wenn es sich bei dem Kleber um einen warmschmelzenden Kleber
handelt, und eine weitere Quetschwalze (hier nicht abgebildet) kann
bereitgestellt werden, um einen Klemmdruck zwischen dieser Walze
und der Walze 5 zu erzeugen. Diese ergänzende Quetschwalze kann auch
je nach Bedarf erwärmt
oder gekühlt
werden. Das Laminat aus mehrfädigen
Garnen und dem Folienträger 21 wird
dann in eine transversale Orientierungsvorrichtung 23,
die eine herkömmliche
Vorrichtung jeglicher Art zur transversalen Orientierung von Folien
sein kann, z. B. eine Spannvorrichtung, divergierend rotierende
Scheiben oder eine ähnliche
Anordnung, eingeführt.
Das resultierende Schlaufenbefestigungsmaterial 25 weist
eine transversal orientierte Folie 33 mit ebenso transversal
orientierten mehrfädigen
Garnen 16 auf, wobei das Befestigungsmaterial 25 auf
einer Aufwickelrolle 24 gesammelt werden kann oder in einzelne
Schlaufenbefestigungsabschnitte für den entsprechenden Endverbrauch
zugeschnitten werden kann.
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Das orientierbare Trägersubstrat 2 kann
aus jedem Bahnenmaterial gebildet sein, das transversal orientiert,
dauerhaft verformt und mittels Kleber an den mehrfädigen Garnen 12 befestigt
werden kann. Geeignete Träger
beinhalten im wesentlichen kompaktes Vliesmaterial, eine ein- oder
mehrlagige Folie aus orientierbarem Kunststoff, ein durch Extrusion
beschichtetes Vliesmaterial, geeignete gewebte Erzeugnisse und ähnliche
Erzeugnisse. Der Träger
kann in Form eines druckempfindlichen Klebebands oder einer Folie
mit einer Auflage aus warmschmelzendem Kleber, der unter Wärmezufuhr
weich wird, oder thermoplastischem Material vorliegen. Das Trägersubstrat
würde vorzugsweise
eine ein- oder mehrlagige thermoplastische Folie aufweisen, die
aus Materialien wie Polyolefinen, Polyestern oder ähnlichen
Materialien gebildet ist. Darüber
hinaus ist das Trägersubstrat
nach seiner Orientierung im allgemeinen so dünn wie möglich, um ein kostengünstiges und
faltbares Substrat zu erzeugen, das im allgemeinen eine Dicke von
etwa 10 μm
bis 100 μm
und vorzugsweise eine Dicke von 20 μm bis 50 μm besitzt. Wenn die Durchschnittsdicke
des Trägersubstrats
bei besonders geeigneten Materialien weit unter 10 μm liegt,
dann besitzt das Substrat nicht die ausreichende Stabilität, um von
der Zuführrolle 3 abgezogen
zu werden und den vorgeschriebenen Prozeßablauf zu durchlaufen, ohne an
vereinzelten Stellen zu brechen, zu reißen oder ähnliche Erscheinungen zu zeigen.
Wenn die Dicke des Trägersubstrats
weit über
150 μm liegt,
dann ist das Substrat im allgemeinen zu starr bzw. steif und ungeeignet für die meisten
Anwendungen als kostengünstige
Schlaufenbefestigung, bei denen die Erfindung in erster Linie Anwendung
findet, so wie bei Wegwerfkleidungsstücken (z. B. Windeln).
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2 zeigt
eine zweite Methode zur Herstellung des Schlaufenbefestigungsmaterials
dieser Erfindung. Die in 2 dargestellten
Elemente stimmen im wesentlichen mit denen in 1 überein,
außer
daß die
einzelnen mehrfädigen
Garne mit einem Träger 32 zusammengefügt werden,
indem eine Trägerfolie 32 direkt
auf die mit Zwischenräumen
angeordneten Garne mittels der Vorrichtung zur Schichtextrusion 26 extrudiert
werden. Das Trägersubstrat 32 weist
eine thermoplastische Folie auf, die im geschmolzenen Zustand von einer
geeigneten Extrusionsdüse 26 in
einem Spalt 27, der durch die Walzen 5 und 6 erzeugt
wird, extrudiert wird. Die mehrfädigen
Garne befinden sich ebenfalls im Spalt 27 und werden mit
der, oder in der sich bildenden thermoplastischen dünnen Schicht
verbunden. Diese Verbindung kann durch mechanisches Einschließen von Fasern
im Folienmaterial und/oder durch eine Klebeverbindung zwischen der
Folie und den Garnfäden
durchgeführt
werden. Die Form der Verbindung hängt z. B. vom Material, aus
dem die Folie hergestellt ist, und/oder dem Material, aus dem die
Fäden hergestellt
wurden, den Prozeßbedingungen
der Extrusion und dem Spaltdruck ab. Die extrudierte thermoplastische
Trägerschicht 32 kann
gekühlt
werden, wenn sie durch die Walzen, die den Spalt 27 bilden,
läuft,
z. B. die Walzen 5 oder 6 können entsprechend dieser Anwendung
gekühlt
werden. Die Folie wird dann für
eine weitere Behandlung zu einem anderen Zeitpunkt gesammelt oder
direkt in die transversale Orientierungsvorrichtung 23 wie
oben beschrieben eingebracht.
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Vorzugsweise besitzt das geschmolzene
thermoplastische Material, das die Folie bildet, eine geeignete
Viskosität
und der Spaltdruck ist niedrig genug, so daß das thermoplastische Material
mehrere der Fasern des Garns auf einer Seite umschließt und/oder
daran angreift, ohne das Garn (die Garne) als Ganzes im wesentlichen
zu umschließen.
Ebenfalls sollten die Garne vorzugsweise primär aus Fäden bestehen, deren Schmelzpunkt
oberhalb oder nahe dem des thermoplastischen Materials 32,
das die Folie bildet, liegt. Dies ist der Fall, daß, wenn
der polymere geschmolzene Folienträger in den Spalt 27 extrudiert
wird, alle Garnfäden, die
in Kontakt mit Garn sind, nicht wesentlich aufgeschmolzen werden.
Ein geeigneter Anteil der Fäden,
die die mehrfädigen
Garne bilden, verhält
sich jedoch so, daß sie
weich werden oder schmelzen, wenn sie mit dem thermoplastischen
Polymer in Kontakt kommen, wenn es aus der Düse austritt, so wie geeignete
Binderfasern einer Mantel/Kern-Komponente oder ähnliche Konstruktionen. In
Mantel/Kern-Binderfasern wird die äußere Schicht einer Binderfa ser
durch ein Material gebildet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt
besitzt, so wie ein Polyethylen-Vinyl-Acetat oder ein Polyester
mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Der Kern kann aus einem Polymer-Material
mit einem höheren
Schmelzpunkt bestehen. Die Verwendung von geeigneten Binderfasern
im mehrfädigen
Garn kann die Verbindung des Garns mit dem extrudierten Folienträger verbessern.
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Die Quetschwalzen 5 und 6 werden
vorzugsweise gekühlt,
so wie flüssiggekühlte Walzen,
und besitzen vorzugsweise eine glatte Oberfläche, so wie sie bei der Chrombeschichtung
erzeugt wird. Die Walze 5 kann jedoch eine texturierte
Oberfläche
oder eine Reibungsfläche
mit einer hohen Reibung aufweisen, um das Gleiten bzw. den Schlupf
der mehrfädigen
Garne im Spalt 27 zu vermeiden. Die Walze 5 z.
B. kann mit einer Oberfläche,
die eine hohe Reibung besitzt, so wie eine Gummioberflächenschicht,
versehen werden.
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Im Spalt 27 werden die mehrfädigen Garne 12 vorzugsweise
in einem Abstand von 5 mm oder weniger angeordnet, so daß der Zwischenraum
zwischen zwei angrenzenden Garnen nach der transversalen Orientierung
weniger als 10 mm beträgt,
vorzugsweise weniger als 5 mm. Im allgemeinen sind die Garne 12 so
angeordnet, daß die
Haken- oder die männliche
mechanische Befestigung, die gemeinsam mit einer Schlaufenbefestigung
verwendet wird, welche aus dem Schlaufenbefestigungsmaterial gebildet
oder geschnitten wird, in mindestens zwei transversal angeordnete
Garne eingreift. Wenn jedoch die beabsichtigte Verwendung keine signifikanten
Scher- oder Abschälkräfte (z.
B. die Kopfstütze
eines Sitzes) erfordert, kann auch eine einzelne Garnanordnung für die Schlaufenbefestigung
verwendet werden. Auf Wunsch kann ein weiteres orientierbares Bahnenmaterial
auf der Oberfläche
der thermoplastischen Folie 32 auf der gegenüberliegenden
Seite von dem, das mit den mehrfädigen
Garnen 12 zusammengefügt
wurde, eingebaut werden, das so wie ein gewebtes, gewirktes, oder
eine andere Art von Faserbahnenmaterial oder eine zweite Folie beschaffen
ist. Dieses hinzugefügte
Bahnsubstrat kann zur Erhöhung
der Festigkeit oder zur Verbesserung des taktilen Gefühls oder zur
Erzeugung anderer funktionsrelevanter und ästhetischer Qualitäten verwendet
werden. Diese gegenüberliegende
Seite der Folie 32 kann auch mit weiteren mehrfädigen Garnen
versehen werden, um, wie oben erwähnt, ein doppelseitiges Schlaufenbefestigungsmaterial
zu erzeugen.
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Vorzugsweise sind die Geschwindigkeiten
der beiden Walzen 4 und 5 einzeln regelbar, so
daß sie
mit den gleichen oder mit unterschiedlichen Oberflächengeschwindigkeiten
betrieben werden können.
Vorzugsweise sollen die Geschwindigkeiten beider Walzen 5 und 6 größer sein
als die Extrusionsgeschwindigkeit der thermoplastischen, Folie 32,
die aus der Düse 26 kommt,
so daß die
thermoplastische Folie um einen bestimmten Betrag verlängert wird
und sich die Dicke vor der Zusammenfügung mit den mehrfädigen Garnen
um einen bestimmten Betrag verringert.
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Eine weitere Verfestigung des Schlaufenbefestigungsmaterials 25,
das durch die oben mit Bezug auf die Abbildungen 1 und 2 beschriebenen
Methoden hergestellt wurde, ist in bestimmten Fällen auch erwünscht. Insbesondere
können
die transversal orientierten Garne durch Ultraschallverbinden, Wärme-/Druck-Verbinden
oder Klebeverbinden in der herkömmlichen
Art, zusätzlich
mit dem Träger über Muster verbunden
werden. Vorzugsweise wird das Muster so gewählt, daß an bestimmten Punkten entlang
jedes Garns, die gesamte Garnbreite, senkrecht zur Longitudinalrichtung
des Garns, integral mit dem Träger
verbunden wird. Dies kann durch Verbindungsbereiche geschaffen werden,
die sich mindestens in einem geringen Ausmaß in transversaler Richtung
zu den Garnen erstrecken und vorzugsweise in der Form von Verbindungslinien
angelegt wer den. Diese Verbindungslinien können in longitudinaler Richtung
etwas Platz einnehmen, aber sollten vorzugsweise einen geringeren
Winkel als 60° besitzen,
ein Winkel von weniger als 45° zur
transversalen Richtung des Garns ist besonders erwünscht. Punktförmige Verbindungen
oder andere Arten von Verbindungen mit Mustern könnten nicht so bevorzugt sein,
aber können
auch verwendet werden, so wie in der PCT-Anwendung Nr. WO 95/33390 (Allen et
al.) beschrieben.
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Die Durchführung dieser Sekundärverbindungen
liefert weitere Punkte zur Befestigung der Fasern in mehr oder weniger
regelmäßigen Abständen. Obwohl
die Garnfasern an diesen Verbindungspunkten nicht für die Aufnahme
von Haken zur Verfügung
stehen, sind sie generell sicherer mit dem Träger verbunden, und dies führt zu besseren
Abschäleigenschaften
des Schlaufenbefestigungsmaterials. Wenn die Garnfasern jedoch im transversalen
Orientierungsschritt zu unbefestigt werden, dann kann die Sekundärverbindung
eingesetzt werden, um eine gleichmäßige sichere Verbindung ohne
einen deutlichen gegenteiligen Effekt auf den, durch die transversale
Orientierung entstandenen Zwischenraum, zu gewährleisten. Diese Verbindung über Muster
kann in Form von z. B. kontinuierlichen oder intermittierenden Linien
erfolgen, die parallel verlaufen können oder sich schneiden können und
die in gerader, wellenförmiger
oder in beliebiger Form sein können.
Wenn die Linien intermittierend bzw. in Abständen verlaufen, dann sollten
die kontinuierlichen Segmente im Schnitt mindestens so lang wie
die Durchschnittsbreite der transversal expandierten Garne sein,
vorzugsweise mindestens zweimal die Durchschnittsbreite der transversal
gedehnten Garne besitzen. Die Linien können auch in geometrischen
Formen verlaufen, die in regulären
oder beliebigen Mustern angeordnet sein können. Aber auch die weniger
bevorzugten, musterförmig
angeordneten, festen Funkte oder ähnliche Arten sind möglich. Vorzugsweise
soll jeder einzelne Bindepunkt bzw. Verbindungspunkt mehrere Fäden in einem
Garn anbinden, vorzugsweise eine gesamte Breite des Querschnitts
eines einzelnen Garns. Der Abstand zwischen angebundenen Punkten
oder Bereichen auf einem einzelnen Garn sollte im allgemeinen geringer
sein als 3 cm, vorzugsweise geringer als 2 cm und für diskontinuierliche
Fäden vorzugsweise
weniger als die durchschnittliche Faserlänge und am Besten weniger als
die Hälfte
der durchschnittlichen Faserlänge.
Die bevorzugte Verbindungsart wird mittels Wärmeverbinden oder Ultraschallverbinden
entsprechend dem Stand der Technik durchgeführt. Der umfaßte Verbindungsbereich
der Fasern sollte weniger als 25% des Querschnittsbereichs des transversal
expandierten Garns betragen, vorzugsweise weniger als 15% bis etwa
1 bis 5%.
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Die transversale Orientierung des
Trägersubstrat-Multifilamentgarn-Laminats 21 ist
im allgemeinen mindestens 2 zu 1, vorzugsweise mindestens 3 zu 1
bezogen auf das natürliche
bzw. reguläre
Ziehverhältnis des
Trägersubstrats.
Während
der Orientierung lösen
sich wesentliche Teile der Garnfäden,
die durch Klebeverbindung oder mechanisch mit dem Trägermaterial
verbunden wurden, zumindest teilweise. Dieses Lösen der Fasern und die transversale
Abtrennung der Fasern, aus denen die Garne zusammengesetzt sind,
lassen es zu, daß die
einzelnen Schlaufengarnfasern sich einerseits transversal in Richtung
der Substratorientierung und andererseits nach außen, vom
Trägersubstrat
weg, ausbreiten. Somit entspricht, obwohl das ursprüngliche
Garn im allgemeinen einen im wesentlichen zirkularen oder gleichförmigen Querschnitt
besitzt, das Verhältnis
der Durchschnittsbreite zur Höhe
des ausgedehnten Garns nach dem Orientieren mindestens 1,2 zu 1, vorzugsweise
aber mindestens 2,0 zu 1. Dieses Verhältnis ist jedoch im allgemeinen
ungenau, aufgrund der Fasern, die in beliebiger Richtung vom inneren
Kern des Garns wegstehen.
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Ebenfalls, wenn sich einzelne Fasern
vom Träger
lösen,
kann ein bedeutender Teil der Fasern der mehrfädigen Garne sich vom Träger wegbewegen
und dies führt
zu einem vergrößerten Gesamtinnenraum bzw.
-Loft und einem vergrößerten Volumen
der Garne, was zu einer stärkeren
Durchdringung der männlichen mechanischen
Befestigungselemente führt.
Einzelne Fasern können
auch, obwohl sie im allgemeinen immer noch primär in Richtung der Faserlänge orientiert
sind, einen gewissen Winkel zur transversalen Ausrichtung einnehmen.
Das Lösen
der Fasern oder Fäden
vom Träger
während
der transversalen Orientierung fördert auch
die Bildung von Schlaufenstrukturen, wobei das Angebot an Fasern,
die für
die männlichen
mechanischen Befestigungselemente zur Verfügung stehen, erhöht wird.
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Das resultierende Schlaufenbefestigungsmaterial 25 ist
geeignet für
die Ausbildung von Schlaufenbefestigungen, die männliche mechanische Befestigungselemente
konventioneller Machart bzw. mit konventionellem Design aufnehmen
können.
Zum Beispiel können
die Schlaufen oder Fasern verbindenden Bestandteile an der Spitze
bzw. distalen Enden der männlichen
mechanischen Befestigungselemente jede herkömmliche Form haben, unter anderem
Haken in Pilzform, J-Haken und Haken in mehreren Richtungsausdehnungen.
Wenn im allgemeinen ein mechanisches Verschlußsystem unter Verwendung der
Schlaufenbefestigungen dieser Erfindung erzeugt wird, dann werden
die überhängenden
Bereiche der männlichen
mechanischen Befestigungselemente auf einer Verschlußoberfläche so befestigt,
daß sie
so orientiert werden, daß sie
im wesentlichen parallel zur Richtung der transversalen Ausrichtung
des orientierten Trägersubstrats
der Schlaufenbefestigung ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung der
faserverbindenden Elemente der Haken und des Schlaufenbefestigungsmaterials
liefert die maximale Abschälkraft
für das
resultierende Verschlußsystem.
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Die Form und die Größe des verwendeten
männlichen
mechanischen Befestigungselements hängt zum Teil vom Öffnungsgrad
und Innenraum des Schlaufenbefestigungsmaterials, das der Orientierung
des Trägers
und der befestigten Garne folgt, ab. Vorzugsweise ist die durchschnittliche
Gesamthöhe
der Faserelemente des männlichen
mechanischen Befestigungselements niedriger als die durchschnittliche
Gesamthöhe der
Garne auf dem Schlaufenbefestigungsmaterial, am bevorzugtesten mindestens
1 bis 50% der Durchschnittshöhe
des mehrfädigen
Garnmaterials, das der Ausrichtung folgt.
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Beispiele 1 bis 3 und
Vergleichsbeispiele 1 bis 3 Es wurden Bahnen aus
Schlaufenmaterial gemäß der Erfindung
im wesentlichen unter Verwendung des in 2 beschriebenen und dargestellten Verfahrens
hergestellt. Drei verschiedene Beispiele des Schlaufenmaterials
wurden unter Verwendung der Polypropylengarne, die in Tab. 1 aufgelistet
sind, vorbereitet.
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Die Garne wurden von der Firma Amoco
Fabrics and Fibers Company (Bainbridge, GA, U.S.A.) mit den Bezeichnungen
300AT (Type 176), 650AT (Type 171) und 1300AT (Type 171) bereitgestellt
(Beispiel 2 ist in den Abbildungen 3 bis 6 dargestellt).
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Die Garne wurden in alternierenden
Zwischenräumen
zwischen den Kammzähnen
eines Kammes, der 16 Zähne
pro Inch (6,3 pro cm) aufwies, angeordnet, um eine Bahn bzw. Lage
mit Garnen, die im wesentlichen gleichmäßig verteilt waren, mit etwa
42 Garnsträngen über eine
Breite von 5 Inch (12,7 cm) zu schaffen. Die Bahn aus den Garnen
wurde dann zwischen zwei Druck- bzw. Quetschwalzen geleitet. Eine
der Walzen war eine Stahlgußwalze,
die auf eine Temperatur von 100°F
(38°C) erwärmt wurde,
die andere Walze war eine gummibeschichtete Walze, die auf 80°F (27°C) erwärmt wurde.
Der Druck zwischen den Quetschwalzen war 50 psi und die Quetschwalzen
lieferten eine Liniengeschwindigkeit von 20 Fuß/min (6 m/min). Beim Durchlauf der
Garne durch die Quetschwalzen wurde ein Polypropylenharz mit der
Handelsbezeichnung 7C50 (lieferbar von Shell Chemical Company) durch
eine Düse,
die auf eine Düsentemperatur
von 440°F
(227°C)
erwärmt wurde,
gezogen und kurz vor dem Spalt in ausreichender Menge für die Bildung
einer thermoplastischen Trägerschicht,
auf die Garne aufgetragen. Die thermoplastische Trägerschicht
war ungefähr
2 milli-Inch (50,8 μm) dick
und 8 Inch (20 cm) breit. Bahnproben des Bahnenmaterials wurden
mit der Hand transversal auf ein Verhältnis von etwa 3,5 : 1 (Querrichtung
: Maschinenrichtung) gedehnt, um das Schlaufenmaterial dieser Erfindung
herzustellen. Der abgemessene Durchschnittswert der Folie vor und
nach der Orientierung (bei etwa 3,5 zu 1) ist in Tab. 2 dargestellt.
Die Garndichte jeder dünnen
Lage nach der Fertigstellung betrug 4 Garne pro Inch-Breite des
Bahnenmaterials.
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Beispiele des Schlaufenmaterials
wurden gemäß der unten
beschriebenen Untersuchungsmethode auf 135-Grad-Schälung ge testet.
Mit Hilfe der 135-Grad-Schälungsmethode
wird die Kraft bestimmt, die benötigt
wird, um einen Streifen des Hakenbefestigungsmaterials, der an dem
Stück eines
Schlaufenbefestigungsmaterial befestigt ist, abzuziehen, wobei das
Hakenmaterial vom Schlaufenmaterial in einem Winkel von 135° mit einer
konstanten Abschäl-
bzw. Abzieh-Geschwindigkeit abgeschält bzw. abgezogen wird. Das
Hakenbefestigungsmaterial, das für
diesen Test verwendet wurde, bestand aus Haken in Pilzform der Firma
3M Company mit der Bezeichnung XPH-4198. Zum Vergleich wurden auch
Proben von allen Schlaufenmaterialien vor der transversalen Dehnung
untersucht. In Tab. 3 sind alle Ergebnisse des 135°-Abschältests (in
g pro 2,54 cm Breite) dargestellt.
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Die Testergebnisse zeigen eine deutliche
Verbesserung der 135°-Abschäl-Eigenschaften
zwischen gedehnten und nicht gedehnten Materialien.
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135°-Abschältest
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Eine 2 Inch × 5 Inch (5,1 cm × 12,7 cm)
große
Probe eines Schlaufenbefestigungsmaterials wurde auf einer 2 Inch × 5 Inch
(5,1 cm × 12,7
cm) großen
Stahlplatte positioniert und mit einem doppelseitigem Klebeband
befestigt. Ein 1 Inch × 5
Inch (2,5 cm × 12,7
cm) großer
Streifen eines Hakenbefestigungsmaterials wurde ausgeschnitten und
es wurden Markierungen 1 Inch (2,5 cm) vor dem Ende jedes Hakenbefestigungsmaterials angebracht.
Der Streifen aus Hakenbefestigungsmaterial wurde dann mittig auf
der Schlaufenfläche
pla ziert, so daß ein
Kontaktbereich mit den Ausmaßen
von 1 Inch × 1
Inch (2,5 cm × 2,5
cm) zwischen den Haken und den Schlaufen und der Stirnkante des
Streifens aus Hakenbefestigungsmaterial entlang der Plattenlänge entstand.
Die Probe wurde per Hand gewalzt, einmal in jede Richtung, unter
Verwendung einer 4,5 Pfund (100 g)-Walze mit einer Geschwindigkeit
von etwa 12 Inch (30,5 cm) pro min, um das Haken- und Schlaufenbefestigungsmaterial
zu verbinden. Zwischen den Haken und Schlaufen wurde Papier verwendet,
um die Haken zu maskieren und einen Eingriffsbereich von nicht mehr
als 1 Inch2 (2,54 cm)2 zu
gewährleisten.
Unter Festhalten der Stirnkante des Hakenmaterialstreifens wurde
die Probe Scherkräften
ausgesetzt (in der Ebene des Schlaufenmaterials in die der Abschälrichtung
entgegengesetzten Richtung per Hand um ca. 1/8 Inch (0,32 cm) gezogen),
um die Verbindung der Haken mit den Schlaufen zu verstärken.
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Die Probe wurde dann an der unteren
Backe einer Zugprüfungsmaschine
mit der Typennummer 1122 der Firma INSTRONTM befestigt.
Ohne die Probe vorher anzuschälen,
wurde die Stirnkante an der oberen Backe so befestigt, daß die 1
Inch-Markierung
an der unteren Kante der oberen Backe war. Bei einer Traversengeschwindigkeit
von 12 Inch (30,5 cm) pro min wurde ein Schreiber mit einer Vorschubgeschwindigkeit
von 20 Inch (50,8 cm) pro min zur Dokumentations des Abschälvorgangs
in einem Winkel von 135° verwendet.
Für jeden
Test wurden die vier höchsten
Peaks in Gramm ausgegeben und Bemittelt. Die benötigte Kraft zur Entfernung
des Hakenstreifens vom Schlaufenmaterial wurde in Gramm pro Inch-Breite
ausgegeben. Die ausgegebenen Ergebnisse sind Mittelwerte aus mindestens
vier Testdurchläufen.
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Beispiel 4
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Garne der Firma Hercules, Inc. (Wilmington,
DE, U.S.A.), 500/198 mit der Typenbezeichnung T734 wurden in Abständen auf einem
Kamm, der 16 Zähne
pro Inch besaß,
plaziert. Diese Garne wurden dann mit dem Kunstharz 7C50 PP in der
gleichen Weise wie Beispiel 4, nämlich
2 milli-Inch dick, verbunden. Das Beispiel wurde dann bearbeitet
und um 2,8 zu 1 gedehnt und zwar zwischen zwei rotierenden divergierenden Scheiben,
die die Materialbahn verbanden. Dies führte zu einer Endgarndichte
von etwa 6 Garnen pro Inch-Breite des Bahnenmaterials.
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Die Garne werden dann zusätzlich durch
Bildung einer Verbindungslinie in transversaler Richtung durch Plazieren
des Bahnenmaterials in einer von der Firma Audion Elektro hergestellten
Versiegelungsmaschine SealMaster 420 verbunden. Die Wärmestufe
wurde auf 4 eingestellt und die Versiegelungsdauer war etwa 2 Sekunden.
So wurde eine Verbindungslinie mit einer Breite von etwa 1/16 Inch
hergestellt. Die Verbindungslinien wurden per Hand zwischen 3/8
und 1/2 Inch Abstand plaziert.