DE3035860A1 - Borste - Google Patents
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Description
DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF
DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER Patentanwälte
Miinchpn.23. September 1980
Postanschrift / Postal Address Postfach 8601O9, 8OOO München 86
Pienzenauerstraße 28 Telefon 98 32 22
Telegramme: Chemindus München Telex: CO) 523992
AD 5026
E.I. Du PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A.
Borste
1300U/1339
DR.-ING. WALTER ABITZ . München, 23. September 1980
ολ«ι Adi™»,
DR. DIETER F. MORF
Postfach 86OIO9, 8OOO München 86
DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER
Patentanwälte Telefon 9832*.
Telegramme: Chemindus München Telex: CO) 5 23992
AD 5026
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
10th and Market Streets, Wilmington, Del., V.St.A.
Borste
Man hat thermoplastische Polymere seit langem bei der Herstellung von Pinsel- und Bürstenborsten eingesetzt. Solche
Borsten sind in einer breiten Vielfalt von Konfigurationen,
einschl iesslich von Voll- und Höh 1monofi1 en, und einer Vielfalt von Querschnittsformen hergestellt worden, einschliesslich kreisförmiger, ovaler, dreieckiger und flügeliger Querschnittsformen. Diese Polymerborsten haben Vorteile gegenüber Naturborsten, wie Schweineborsten, sowohl bezüglich der
Kosten als auch des Verhaltens ergeben. Polymerborsten werden oft verjüngt ausgebildet, um ein Ende grossen Durchmessers zu erhalten, das sich in der Pinselzwinge befindet,
während an der Pinselspitze ein kleinerer Durchmesser vorliegt
Polymerborsten für Malerpinsel werden im allgemeinen einer
Schieifbehänd 1ung unterworfen, die zum Aufrichten aufgespaltener Teile auf der Borstenoberfläche führt. Diese Teile wiederum erhöhen das Anstrichmittel-Ha1tevermögen der Borste.
Man ist dementsprechend in der Vergangenheit bemüht gewesen,
eine Polymerborste für Malerpinsel herzustellen, die der Aufbzw. Abspaltung besonders zugänglich ist. Zu anderen Versuchen
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zur Verbesserung von Pinsel- und Bürstenborsten hat eine
Abänderung der Querschnittsform des Filaments zwecks Verminderung der Neigung zum Sichkrümmen und Verbesserung des
Widerstandes von Hohlfi1amenten gegen Zusammengedrücktwerden gehört.
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Polymerborste für Malerpinsel und -bürsten zur Verfugung, die sich
durch ausgezeichnete Gleichmässigkeit der Querschnittskonfiguration, Zugänglichkeit zur Aufspaltung, Beständigkeit
gegen Sichkrümmen und ein gutes Insgesamtverhalten als
Pinsel- und Bürstenborste auszeichnet.
Speziell stellt die vorliegende Erfindung eine monofile Borste für Malerpinsel und -bürsten aus thermoplastischem,
polymerem Material mit einem Durchmesser von etwa k bis
20 Mils (0,10 bis 0,51 mm) zur Verfugung, die sich dadurch
kennzeichnet, dass das Filament drei- oder vierkammerig ist
und drei oder vier umschlossene, nichtkreisförmige Längshohlräume aufweist, wobei die Hohlräume durch einen Innensteg getrennt sind, die Querschnittsfläche des Filaments
einen Hohlraumgehalt von etwa 20 bis 50 % hat und der Innensteg etwa 10 bis 25 % der Querschnittsgesamtfläche des
Filaments ausmacht.
die sich zur Herstellung der Borsten gemäss der Erfindung
verwenden lassen.
Die Borsten gemäss der Erfindung können aus einer breiten Vielfalt thermoplastischer, polymerer Materialien, einschliesslich Polyamide, Polyester und Polyolefine, hergestellt werden. Das Zahlendurchschnitt-Molekulargewicht
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des für die Borsten eingesetzten Polymeren soll im allgemeinen über 10 000 liegen und vorzugsweise grosser als
30 000 sein, um die bei der Borste benötigte Festigkeit und Steifheit angemessen zu erhalten. Zu für den Einsatz bei
der Borstenherstellung bevorzugten Polyamiden gehören
Nylon 6.6, Nylon 610 und Nylon 612. Von diesen werden Nylon
610 (Polyhexamethy1ensebacamid) und Nylon 612 (Hexamethylendiamin) besonders bevorzugt. Zu Polyestern, die sich als
für die Borstenherstellung besonders gut geeignet erwiesen
haben, gehören Polybutylenterephthalat und Polyäthylenterephtha1 at, wovon Polybutylenterephthalat besonders bevorzugt wird. Von den vielen Polyolefinen für die Borstenherstellung wird Polypropylen bevorzugt.
Borsten gemäss der Erfindung weisen drei oder vier nichtkreisförmige Längshohlräume auf, die durch einen Innensteg
getrennt sind. Die Hohlräume sind der Konfiguration nach
im allgemeinen vierseitig. Die Hohlräume sind in der Fig. gezeigt, die einen Querschnitt eines Borstenfi1aments gemäss der Erfindung mit drei Hohlräumen erläutert. Dabei umschliesst die Aussenwand 1 die Hohlräume 2, die in Längsrichtung des Filaments verlaufen. Die Hohlräume sind durch
den Innensteg 3 getrennt. Drei kammerige Borsten werden auf
Grund einer g1 eichmässigeren Aussenkonfiguration und besserer RoI1 charakteristiken im allgemeinen bevorzugt.
Der Gesamtdurchmesser bzw. die Querschnitts-Maxima1 abmessung
der Borsten gemäss der Erfindung kann etwa 1/10 bis 1/2 mm (etwa k bis 20 Mils, genau 0,10 bis 0,51 mm) betragen. Filamente ausserhalb dieses Bereichs zeigen im allgemeinen
eine Steifheit, mit der sie für Pinsel- bzw. Bürstenborstenanwendungen ungeeignet sind. Die Länge der Borsten
wird im allgemeinen etwa 5 bis 13 cm (2 bis 5 Zoll) betragen .
Die Filamente gemäss der Erfindung haben einen Hohlraumgehalt von etwa 20 bis 50 %. Der Hohlraumgehalt bestimmt
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sich auf Grundlage des Gewichts der Hohlborste und des Gewichts der Vollborste der gleichen Aussenkonfiguration nach
folgender Formel:
Hohlraum- _ 1nn /. Gewicht der Hohlborstex
gehalt, % ~ K ~ Gewicht der Vollborste'
Ein Hohlraumgehalt von über etwa 50 % führt zu einer unerwünscht
geringen Festigkeit und Querschnitts-Formbeständigkeit
und ergibt häufig eine Zerspaltung des Filaments während der Verarbeitung. Ein Hohlraumgehalt von unter etwa
20 % führt zu Filamenten, deren Aufspalt- oder Flagging-Charakteristiken
gegenüber VoI1monofi1 en wenig oder nicht
verbessert sind.
Die Längshohlräume führen zu einer deutlichen Verbesserung
des Aufspaltvermögens und auch zu einer deutlich verbesserten
Querschnitts-Formbeständigkeit gegenüber einkammerigen
Höh 1monofilen vergleichbaren Durchmessers.
Der Innenstegtei1 , der die drei oder vier Längshohlräume
trennt, soll etwa 10 bis 25 % der Querschnittsgesamtfläche
des Filaments ausmachen. Bei Innenstegen, die weniger als
etwa 10 % der Fi1 amentquerschnittsf1äche ausmachen, ergeben
sich Fertigungsschwierigkeiten, während Stege, die
mehr als 25 % der Querschnittsf 1 äche ausmachen, zu einem Gesamtgefüge führen, das schwächer und biegungsanfälliger
ist.
Die vorgesehenen Hohlraumgehalt-, Fi1amentdurchmesser- und
Steggehalt-Werte der Filamente ergeben festgelegte Abmessungen
für die Dicke der Fi1amentaussenwand (t ), die Dikke
der I nnenstegkomponenten (t.) wie auch den Aussendurchmesser
(D). Diese Abmessungen sind in den folgenden Tabellen
I und Il zusammengefasst, in denen die Abmessungen in der Tabelle I in Mil oder Tausendstelzol1 und in der
Tabelle 11 in Millimeter genannt sind.
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Tabelle I
D | to max. | T | to max. | to min. | fci max. | ti min. |
4 | 0.6 | 0.015 | 0.3 | 0.7 | 0.2 . | |
5 | 0.7 | 0.018 | 0.4 | 1.0 | 0.2 | |
7 | 1.0 | 0.025 | 0.6 | 1.6 | 0.3 | |
9 | 1.0 | 0.025 | 0.7 | 1.8 | 0.4 | |
10 | 1.5 | 0.038 | 0.8 | 2.2 | 0.4 | |
12 | 2.0 | 0.051 | 1.0 | 2.5 | 0.5 | |
15 | 2.5 | 0.064 | 1.3 | 3.4 | 0.6 | |
18 | 2.9 | 0.074 | 1.5 | 3.9 | 0.7 | |
20 ' | 3.3 | 0.084 | 1.7 | 4.5 | 0.8 | |
a b e 1 1 | e I I | |||||
D | fco min. | ti max. | fci min. | |||
0.102 | 0.0076 | 0.018 | 0.0051 | |||
0.127 | 0.0102 | 0.025 | 0.0051 | |||
0.178 | 0.0152 | 0.041 | 0.0076 | |||
0.229 | 0.0178 | 0.046 | 0.0102 | |||
0.254 | 0.0203 | 0.056 | 0.0102 | |||
0.305 | 0.0254 | 0.064 | 0.0127 | |||
0.381 | 0.0330 | 0.086 | 0.0152 | |||
0.457 | 0.0381 | 0.099 | 0.0178 | |||
0.508 | 0.0432 | 0.114 | 0.0203 |
Zur Herstellung der Borsten gemäss der Erfindung extrudiert
man thermoplastisches Polymeres bei erhöhten Temperaturen
zum Filament und unterwirft dieses Abschreckung und dann Streckung, wie z. B. in US-PS 2 A18 A92 beschrieben, auf
die hierzu verwiesen sei. Zur Erzielung der gewünschten Längsinnenhohlräume extrudiert man das Polymere durch eine
Spinndüse mit einer Austrittsöffnung, die im wesentlichen
den Fig. 2 und 3 und der Beschreibung in US-PS 3 7Ί5 O61
entspricht. Beim Extrudieren eines Monofils unter Verwendung der Spinndüse von Fig. 2 werden die Aussenwände durch
die Extrudierung des thermoplastischen Polymeren durch die
Schlitze 11 gebildet, wobei die Spinndüsenplatte durch
Abstützpunkte 12 in der Apparatur gehalten wird. Das Extrudieren des Innenstegs erfolgt durch die Schlitze 13-Nach
dem Passieren der Spinndüse verschmelzen die Aussen-
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wände und der Innensteg zur Bildung des gewünschten, vollständigen Aussenzy1inders und des damit verbundenen Innenstegteils, das die drei Längsinnenhohlräume definiert. Ein
νierkammeriges Filament kann unter Verwendung einer Spinndüsenöffnung gemäss Fig. 3 gebildet werden, in der die Aussenwandsch 1itze, Abstützpunkte und Innenstegsch1itze mit den
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind.
Nach dem Extrudieren und Abschrecken des Polymermonofi 1 s
wird das Filament zur Verbesserung der Längsfestigkeit
durch Ausdehnen orientiert, was im allgemeinen auf das etwa 3,5- bis 5fache der ursprünglichen Länge erfolgt. Vor dem
Abschrecken und Orientieren kann das Filament, wenn gewünscht, in der in der obengenannten US-PS 2 418 *f92 beschriebenen Weise verjüngt werden. Im allgemeinen erfolgt
eine Verjüngung solcher Filamente unter Ausbildung eines Spitzendurchmessers gleich etwa dem 0,5- bis 0,75fachen
des Durchmessers des Fussendes. Darüberhinaus kann man
das Filament anderen Behandlungen zur Verbesserung physikalischer Eigenschaften unterwerfen, wie einer Behandlung
mit Sattwasserdampf, wie in US-PS 3 595 952 beschrieben, auf die hierzu verwiesen sei.
Vorzugsweise wird das Filament im Interesse einer guten Biegeerholung nach dem Strecken wärmefixiert. Das Wärmefixieren kann in einem Gas erfolgen, wie durch Überblasen
von Heissluft über das Filament, oder in einem Flüssigbad, wie durch Hindurch1eiten des Filaments durch ein ölbad. Die
Verweilzeit des Filaments in der Wärmefixierstufe soll etwa
30 bis 90 s in einem Gas oder etwa 2 bis 10 s in einem
Flüssigbad betragen. Bei dem Wärmefixiervorgang anwendbare
Temperaturen sind 150 bis 200° C beim Arbeiten mit einem Gas
und 1*»0 bis 200° C beim Einsatz eines Flüssigbades.
Die Filamente werden dann auf für die Fertigung geeignete Längen geschnitten. Verjüngte Filamente werden an ihren
dicken und dünnen Teilen zerschnitten, um die verjüngten
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Man nimmt die Einzelborsten dann zu Bündeln zusammen und
unterwirft die Spitzenenden der Borsten dem Anspitzen und Aufspalten nach herkömmlichen Arbeitsweisen, wie z. B. in
US-PS 2 697 009 und 2 911 761 beschrieben. Die Börsten können dann unter Anwendung dem Fachmann vertrauter Techniken
zu Pinseln oder Bürsten verarbeitet werden.
Die Borsten gemäss der Erfindung ergeben im Kontakt mit
der typischen Aufspalt- oder Flaggingvorrichtung die Ausbildung einer grösseren Zahl von Abspaltungen als e i nkamtner i ge
Monofi1 borsten oder Vollmonofile des gleichen Durchmessers.
Darüberhinaus zeigen die Borsten gemäss der Erfindung eine
geringere Neigung zum Sichkrümmen und eine deutlich höhere
Beständigkeit gegen Zusammendrückung als einkammerige Monofile. Während der Wirkungsmechanismus dieser Krümmreduktion
nicht voll erkannt ist, dürfte er eine Funktion der Innenhohlräume und einer g1 eichmässigen Wanddicke sein. Typischerweise zeigen die Borsten gemäss der Erfindung Krümmcharakteristiken - wie nachfolgend noch beschrieben - von
unter 20 % bei einer 10,2-cm-Borste.
Die Borsten gemäss der Erfindung erfreuen sich der Aufrechterhaltung einer gleichmässigeren symmetrischen Aussenkonfiguration als Monofile mit einem einzigen Längshohlraum.
Diese symmetrische Konfiguration ergibt eine Rolleichtigkeit, durch die die Verarbeitbarkeit der Borsten gemäss der
Erfindung auf herkömmlichen Pinsel- bzw. Bürstenerzeugungsvorrichtungen verbessert ist. Ein noch anderer Vorteil der
Monofile gemäss der Erfindung ist die Langlebigkeit nach
Reinigung, die im Vergleich mit Standardhohlfi1 amen ten verbessert ist. Die herkömmlichen Einzelhohlraum-Fi1 amen te
füllen sich stärker mit Anstrichmittel, und dieses Anstrichmittel ist beim Reinigen nicht leicht zu entfernen, woraus
bei wiederholter Verwendung ein Verlust an Borstenf1exibi-
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lität resultiert. Die Borsten gemäss der Erfindung widerstehen
auch Knickung auf spitzere Winkel als einkammerige Monof i1 borsten .
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Pol y-(butyl en-1 , ij-terephtha 1 at) wurde durch eine Spinndüsenplatte
der in Fig. 2 gezeigten Art extrudiert. Das Polymere wurde bei einer Temperatur von 270° C extrudiert und in Wasser
von 25° C abgeschreckt, das sich etwa 2 1/2 cm unter der Spinndüsenplatte befand. Die Filamente wurden unter Einsatz
von Gummiquetschwa1zen verjüngt, die mit einer im Zyklus
variierenden Oberflächengeschwindigkeit entsprechend der
Beschreibung in US-PS 2 Ή 8 *»92 arbeiteten, woraus eine entsprechend
variierende Strangdicke von O,A1 bis 0,61 mm resultierte.
Die verjüngten Filamente wurden mit einer herkömmlichen Langsamwa1zen/Schne1Iwa1zen-Anordnung bei einem
Streckverhältnis von 3,75 bis 1J,25 verstreckt und während
der Streckstufe mit herkömmlichen Heizelementen erhitzt.
Die Filamente wurden durch Hindurchleiten durch einen Heissluftofen
wärmefixiert und ungefähr hO s auf 170 bis 18O° C
geha1 ten.
Nach dem Spinnen, Strecken und Wärmefixieren wurden die
Filamente an jedem M inima Idurchmesser-Punkt zerschnitten
und zu Produktbündeln zusammengenommen. Um die Bündel wurden Gummiringe gelegt, und zur Gewinnung von zwei Bündeln von
10,2 cm Länge, die sich zur weiteren Verarbeitung zu Malerpinseln
eignen, wurde jedes der Bündel von 5»1 cm Durchmesser erneut in der Mitte zerschnitten und endbeschnitten.
Die Filamente hatten eine Dicke am Fussende von 0,317 mm und einen symmetrischen Querschnitt. Die Aussenwanddΐcke
betrug 0,038 mm bei einer Innenstegdicke von 0,025 mm. Die
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AD 5026
Dicke an der Spitze betrug 0,203 mm bei einer Aussen- und
Innenwanddicke von jeweils etwa 0,025 mm. Der Hohlraumgehalt
betrug etwa 37 %t und die Filamente hatten eine gleichmässige Quer sehnittskonfiguration.
Die Bündel von 5,1 cm Durchmesser wurden auf einer für die industriell eingesetzten Maschinen typischen Anspitz- und
Aufspa 1t-Handelsmaschine durch Überführen über Schleifsteine und Hindurchführen durch umlaufende Messer weiterbehandelt. Die Bündel wurden bei einem Spiel von 6,4 mm
zwischen dem Borstenende von kleinem Durchmesser (0,203 mm) und den Schleifsteinen und Messern in vier Durchgängen
durch die Maschine geführt.
Die Borsten wurden im Vergleich mit Standardproben für Borstenerprobung in der Praxis auf Weichheit bewertet, wobei sie sich als aussergewöhnlich weich erwiesen, was eine
weitere Bestätigung für die Ausbildung einer grossen Zahl kleiner Aufspaltungen ist.
Die allgemeine Arbeitsweise des Beispiels gemäss der Erfindung wurde mit der Abänderung wiederholt, dass die Spinndüsenplatte dahingehend abgeändert wurde, dass die im Erfindungsbeispiel erzeugten Innenstege nicht entstanden.
Die anfallenden Einzelhohlraum-Borsten waren schwer zu vei—
arbeiten und zeigten eine ausgeprägte Neigung zum Sichkrümmen. Die Borsten hatten einen asymmetrischen, ovalen Querschnitt mit einer Differenz zwischen Maximal- und Minimaldicke von 0,10 bzw. 0,18 mm.
Die Filamente wurden unter Vergrosserung untersucht und durch Auszählen auf ihre Zahl von Einzelaufspaltungen von
über 4,76 mm bestimmt. Die Untersuchung von je 20 Proben
der dreikammer igen Produkte gemäss der Erfindung und der
einkammerigen Filamente des Vergleichsbeispiels erbrachte
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4* 3Q35860
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die folgenden Ergebnisse:
Beispiel Zahl der Aufspal- Durchtungen pro Borste sehn i tt
Erfindung 5 bis 9 7,3
Vergleich 3 bis 6 3,8
Die Borstenfilamente wurden durch Untersuchung von 50-Fi la·
ment-Proben an 8,9- und 10,2-cm-Filementen auf Abbiegung
von 6,4 mm oder mehr auf Sichkrümmen getestet. Zwei Proben aus dem Erfindungsbeispiel wie dem Vergleichsbeispiel ergaben
:
Beispiel Länge, cm Sichkrümmen
, %
Lange, cm | ,2 |
10 | ,9 |
8 | ,9 |
8 | ,9 |
8 |
Erfindung 10,2 6
2 Vergleich
50
Ende der
Beschrei bung.
- 12 - .
130014/1339
Claims (8)
1. Monofile Borste für Malerpinsel und -bürsten aus thermoplastischem,
polymerem Material mit einem Durchmesser von etwa 1/10 bis 1/2 mm, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament
drei- oder vierkammerig ist und drei oder vier umschlossene, nichtkreisförmige Längshohlräume aufweist, wobei
die Hohlräume durch einen Innensteg getrennt sind, die Fi1amentquerschnittsf1äche einen Hohlraumgehalt von etwa
20 bis 50 % hat und der Innensteg etwa 10 bis 25 % der Fi-1
amentquerschnittsgesamtflache ausmacht.
2. Borste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie
der Ausbildung eines Spitzendurchmessers gleich dem etwa
0,5- bis O,75fachen des Durchmessers des Fussendes entsprechend verjüngt ist.
3. Borste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass sie dreikammerig ausgebildet ist.
k. Borste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass sie angespitzt und aufgespa1
ten ist.
5. Borste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k,
dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material im wesentlichen
aus Polyamid besteht.
6. Borste nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Polyamid im wesentlichen aus Nylon 612 besteht.
130 0 H/13
303586Q
AD 5026 «^
7. Borste nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Polyamid i rn wesentlichen aus Nylon 6IO besteht.
8. Borste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis h,
dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material im wesentlichen
aus Polybutylenterephthalat besteht.
13ÖÖU/133Ö
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