DE3035860C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine monofile Borste für Malerpinsel
und -bürsten aus thermoplastischem, polymerem Material nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Thermoplastische Polymere werden seit langem für Pinsel- und
Bürstenborsten verwendet. Solche Borsten sind als Voll- und
Hohlmonofile und mit kreisförmiger, ovaler, dreieckiger und
flügeliger Querschnittsform hergestellt worden. Sie zeichnen
sich gegenüber Schweineborsten durch die geringeren Herstellungskosten
aus. Polymerborsten werden im allgemeinen verjüngt
ausgebildet, wobei sich das Ende mit großem Durchmesser
in der Pinselzwinge befindet. Polymerborsten für Malerpinsel
werden im allgemeinen einer Schleifbehandlung unterworfen,
um aufgespaltete Teile der Borstenoberfläche aufzurichten.
Dadurch wird das Anstrichmittel-Haltevermögen der Borste erhöht.
Eine aus der DE-AS 12 05 051 bekannte Borste der gattungsgemäßen
Art weist auf einer Teillänge eine in Längsrichtung der
Borste zunehmende, durch Querschnittsverformung hervorgerufene
Querschnittsabflachung auf. Durch diese Abflachung soll die
Arbeitsfläche vergrößert werden und der Verlauf der Biegesteifigkeit
dem von Naturborsten angeglichen werden. Die bekannte
Borste kann einen oder zwei Hohlräume aufweisen oder
kreuzförmigen Querschnitt besitzen. Derartige Borsten haben
eine starke Kräuselneigung und ihre Beständigkeit gegen Zusammendrückung
ist gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kräuselneigung
wesentlich zu verringern und die Beständigkeit gegenüber
Zusammendrücken zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des
Patentanspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Borste kann z. B. aus Polyamid, Polyester
oder Polyolefin hergestellt werden. Das Molekulargewicht
des für die Borsten eingesetzten Polymeren soll im allgemeinen
über 10 000 liegen und vorzugsweise größer als
30 000 sein, um die bei der Borste benötigte Festigkeit und
Steifheit 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 (Polyhexamethylensebacamid) und Nylon 612 (Hexamethylendiamin)
besonders bevorzugt. Zu Polyestern, die sich als
für die Borstenherstellung besonders gut geeignet erwiesen
haben, gehören Polybutylenterephthalat und Polyäthylenterephthalat,
wovon Polybutylenterephthalat besonders bevorzugt
wird. Von den vielen Polyolefinen für die Borstenherstellung
wird Polypropylen bevorzugt.
Borsten gemäß der Erfindung weisen drei nichtkreisförmige
Längshohlräume auf, die durch einen Innensteg
getrennt sind. Die Hohlräume sind
im allgemeinen vierseitig.
Der Gesamtdurchmesser
der Borsten gemäß der Erfindung beträgt etwa 1/10 bis 1/2 mm
Monofile außerhalb dieses Bereichs zeigen im allgemeinen
eine Steifheit, mit der sie für Pinsel- bzw. Bürstenborsten
ungeeignet sind. Die Länge der Borsten
wird im allgemeinen etwa 5 bis 13 cm betragen.
Die Borsten gemäß der Erfindung haben einen Hohlraumgehalt
von etwa 20 bis 50%. Der Hohlraumgehalt bestimmt
sich auf Grundlage des Gewichts der Hohlborste und des Gewichts
der Vollborste der gleichen Außenkonfiguration nach
folgender Formel:
Ein Hohlraumgehalt von über etwa 50% führt zu einer unerwünscht
geringen Festigkeit und Querschnitts-Formbeständigkeit
und ergibt häufig eine Zerspaltung des Monofils während
der Verarbeitung. Ein Hohlraumgehalt von unter etwa
20% führt zu Monofilen, deren Aufspalt- oder Flagging-
Charakteristiken gegenüber Vollmonofilen wenig oder nicht
verbessert sind.
Die Längshohlräume führen zu einer deutlichen Verbesserung
des Aufspaltvermögens und auch zu einer deutlich verbesserten
Querschnitts-Formbeständigkeit gegenüber einkammerigen
Hohlmonofilen vergleichbaren Durchmessers.
Der Innenstegteil, der die drei Längshohlräume
trennt, soll etwa 10 bis 25% der Querschnittsgesamtfläche
des Filaments ausmachen. Bei Innenstegen, die weniger als
etwa 10% der Filamentquerschnittsfläche ausmachen, ergeben
sich Fertigungsschwierigkeiten, während Stege, die
mehr als 25% der Querschnittsfläche ausmachen, zu einem
Gesamtgefüge führen, das schwächer und biegungsanfälliger
ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung erläuter. Es zeigt
Fig. 1 im Querschnitt eine Borste mit drei Längshohlräumen und
Fig. 2 eine Spinndüsenöffnung zur Herstellung der Borste gemäß
Fig. 1.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Borstenmonofils mit drei
Hohlräumen 2. Dabei umschließt die Außenwand 1 die Hohlräume 2,
die in Längsrichtung des Monofils verlaufen. Die Hohlräume 2
sind durch einen Innensteg 3 getrennt.
Die vorgesehenen Hohlraumgehalt-, Filamentdurchmesser- und
Steggehalt-Werte der Filamente ergeben festgelegte Abmessungen
für die Dicke der Filamentaußenwand (t o), die Dicke
der Innenstegkomponenten (t i) wie auch den Außendurchmesser
(D). Diese Abmessungen sind in folgenden Tabellen
zusammengefaßt.
Zur Herstellung der Borsten extrudiert
man thermoplastisches Polymeres bei erhöhten Temperaturen
zum Filament und unterwirft dieses einer Abschreckung und dann einer
Streckung, wie z. B. in der US-PS 24 18 492 beschrieben.
Zur Erzielung der gewünschten
Längsinnenhohlräume extrudiert man das Polymere durch eine
Spinndüse mit einer Austrittsöffnung, die im wesentlichen
den Fig. 2 und 3 der US-PS 37 45 061
entspricht. Beim Extrudieren eines Monofils unter Verwendung
der Spinndüse von Fig. 2 werden die Außenwände 1 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 3 erfolgt durch die Schlitze 13.
Nach dem Passieren der Spinndüse verschmelzen die Außenwände
1 und der Innensteg 3 zur Bildung des gewünschten, vollständigen
Außenzylinders und des damit verbundenen Innenstegteils,
das die drei Hohlräume 2 definiert.
Nach dem Extrudieren und Abschrecken wird das Polymermonofil
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 Monofil, wenn gewünscht,
in der in der obengenannten US-PS 24 18 492 beschriebenen
Weise verjüngt werden. Im allgemeinen erfolgt
eine Verjüngung solcher Monofile unter Ausbildung eines
Spitzendurchmessers gleich etwa dem 0,5- bis 0,75fachen
des Durchmessers des Fußendes. Darüber hinaus kann man
das Monofil anderen Behandlungen zur Verbesserung physikalischer
Eigenschaften unterwerfen, wie einer Behandlung
mit Sattwasserdampf, wie in der US-PS 35 95 952 beschrieben.
Zweckmäßig wird das Monofil im Interesse einer guten
Biegeerholung nach dem Strecken wärmefixiert. Das Wärmefixieren
kann in einem Gas erfolgen, wie durch Überblasen
von Heißluft über das Monofil, oder in einem Flüssigbad,
wie durch Hindurchleiten des Monofils durch ein Ölbad. Die
Verweilzeit des Monofils 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 140 bis 200°C beim Einsatz eines Flüssigbades.
Die Monofile werden dann auf für die Fertigung geeignete
Längen geschnitten. Verjüngte Monofile werden an ihren
dicken und dünnen Teilen zerschnitten, um die verjüngten
Einzelborsten zu bilden.
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 der
US-PS 26 97 009 und 29 11 761 beschrieben. Die Borsten können
dann unter Anwendung dem Fachmann vertrauter Techniken
zu Pinseln oder Bürsten verarbeitet werden.
Die Borsten ergeben im Kontakt mit
der typischen Aufspalt- oder Flaggingvorrichtung die Ausbildung
einer großen Zahl von Abspaltungen.
Darüber hinaus zeigen die Borsten eine
geringe Neigung zum Kräuseln und ein hohe
Beständigkeit gegen Zusammendrückung.
Während der Wirkungsmechanismus dieser Krümmreduktion
nicht voll erkannt ist, dürfte er eine Funktion der Innenhohlräume
und einer gleichmäßigen Wanddicke sein. Typischerweise
zeigen die Borsten Krümmcharakteristiken
- wie nachfolgend noch beschrieben - von
unter 20% bei einer 10,2-cm-Borste.
Die Borsten behalten
eine gleichmäßige symmetrische Außenkonfiguration.
Diese symmetrische Konfiguration ergibt eine Rolleichtigkeit,
durch die die Verarbeitbarkeit der Borsten
auf herkömmlichen Pinsel- bzw. Bürstenerzeugungsvorrichtungen
verbessert ist. Ein noch anderer Vorteil der
Borste ist die Langlebigkeit nach
Reinigung.
Die Borsten wiederstehen
auch Knickung auf spitze Winkel.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Poly-(butylen-1,4-terephthalat) 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 2½ cm unter der
Spinndüsenplatte befand. Die Monofile wurden unter Einsatz
von Gummiquetschwalzen verjüngt, die mit einer im Zyklus
variierenden Oberflächengeschwindigkeit entsprechend der
US-PS 24 18 492 arbeiteten, woraus eine entsprechend
variierende Strangdichte von 0,41 bis 0,61 mm resultiert.
Die verjüngten Monofile wurden mit einer herkömmlichen
Langsamwalzen/Schnellwalzen-Anordnung bei einem
Streckverhältnis von 3,75 bis 4,25 verstreckt und während
der Streckstufe mit herkömmlichen Heizelementen erhitzt.
Die Monofile wurden durch Hindurchleiten durch einen Heißluftofen
wärmefixiert und ungefähr 40 s auf 170 bis 180°C
gehalten.
Nach dem Spinnen, Strecken und Wärmefixieren wurden die
Monofile an jedem Minimaldurchmesser-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 Monofile hatten eine Dicke am Fußende von 0,317 mm
und einen symmetrischen Querschnitt. Die Außenwanddicke
betrug 0,038 mm bei einer Innenstegdicke von 0,025 mm. Die
Dicke an der Spitze betrug 0,203 mm bei einer Außen- und
Innenwanddicke von jeweils etwa 0,025 mm. Der Hohlraumgehalt
betrug etwa 37%, und die Monofile hatten eine gleichmäßige
Querschnittskonfiguration.
Die Bündel von 5,1 cm Durchmesser wurden auf einer für die
industriell eingesetzten Maschinen typischen Anspitz- und
Aufspalt-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 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 Monofile wurden unter Vergrößerung untersucht und
durch Auszählen auf ihre Zahl von Einzelaufspaltungen von
über 4,76 mm bestimmt. Die Untersuchung von je 20 Proben
erbrachte
die folgenden Ergebnisse:
Die Borstenfilamente wurden durch Untersuchung von 50 Monofilproben
an 8,9- und 10,2-cm-Monofilen auf Abbiegung
von 6,4 mm oder mehr auf Sichkrümmen getestet. Zwei Proben
ergaben:
Claims (7)
1. Monofile Borste für Malerpinsel und -bürsten aus thermoplastischem,
polymerem Material und mit einem Durchmesser
von etwa 1/10 bis 1/2 mm, die eine Anzahl umschlossener,
nichtkreisförmiger, durch einen Innensteg (3) getrennter
Längshohlräume (2) aufweist, wobei die Filamentquerschnittsfläche
einen Hohlraumgehalt von etwa 20 bis 50% hat und
der Innensteg (3) etwa 10 bis 25% der Filamentquerschnittsgesamtfläche
ausmacht, dadurch gekennzeichnet,
daß drei Längshohlräume (2) vorhanden sind.
2. Borste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
der Ausbildung eines Spitzendurchmessers gleich dem etwa
0,5- bis 0,7fachen des Durchmessers des Fußendes entsprechend
verjüngt ist.
3. Borste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sie angespitzt und aufgespalten ist.
4. Borste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das polymere Material Polyamid ist.
5. Borste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polyamid Nylon 612 ist.
6. Borste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polyamid Nylon 610 ist.
7. Borste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das polymere Material Polybutylenterephthalat
ist.
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