DE68908457T2

DE68908457T2 - Mehrschichtige, nichtgewebte Stoffbahn.

Info

Publication number: DE68908457T2
Application number: DE89303932T
Authority: DE
Inventors: Takashi Mitsui Petrochem Katoh; Yoshitomo Mitsui Petr Miyazaki; Jun Mitsui Petrochem Nishimura
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: EP0338829B1; CN1038681A; US5037692A; KR890016237A; CN1046325C; JPH01271513A; EP0338829A3; JP2585707B2; CA1334820C; ATE93284T1; DE68908457D1; KR910006436B1; EP0338829A2

Description

Die Erfindung betrfft eine mehrschichtige, wasserdurchlässige nichtgewebte Stoffbahn, die die gleichen Ablauf- bzw. Drainageeigenschaften besitzt wie bekannte nicht-gewebte Stoffbahnen, und eine hohe Festigkeit bei geringer Verzerrung oder Dehnung (15% oder weniger).
Bei Konstruktionsarbeiten auf dem Gebiet des Bauwesens bzw. beim Tiefbau, insbesondere bei Antiflut- Aufforstarbeiten, Arbeiten an Flußufern, Straßenbauarbeiten oder der Konstruktion von Strukturen auf weichem Untergrund werden manchmal Drainage- oder Verstärkungsmaterialien aus synthetsschen Harzen über den Boden oder innerhalb einer Zone einer Erdstruktur oder eines Gebäudes ausgebreitet, um die Arbeitsbedingungen und die Stabilität, nachdem die Konstruktion bzw. der Bau abgeschlossen ist, zu verbessern.
Keines dieser synthetischen Harzmaterialien ist jedoch sehr gut, sowohl in den Drainage- bzw. Ablauf- als auch den Verstärkungseigenschaften, sondern sie erfüllen lediglich die eine oder andere Eigenschaft in angemessenem Maße. Einige Materialien können bis zu einem gewissen Grade in beiden Beziehungen als befriedigend angesehen werden. In solchen Fällen ist die Bedeutung einer dieser beiden Eigenschaften jedoch nur nebensächlich neben der anderen.
Bei Erdstrukturen oder Gebäudefundamenten wird jede Deformation einer Struktur aufgrund einer Verwerfung von etwa 5 bis 15% als Versagen oder das Ende der vorgesehenen Funktion angesehen. Synthetische Harze mit einer Verwerfungsrate im Bereich von 5 bis 15% (wie aus den Ergebnissen eines Verwerfungstests hervorgeht, wie in JIS L-1096 angegeben) werden üblicherweise als Verstärkungsmaterialien angewandt. Das Problem mit diesen üblicherweise angewandten synthetischen Harzmaterialien mit einer Verwerfungsrate im oben angegebenen Bereich und die eine hohe Festigkeit besitzen, besteht darin, daß sie nur schlechte Drainageeigenschaften haben.
Die vorliegende Erfindung liefert eine mehrschichtige, wasserdurchlässige nicht-gewebte stoffbahn, umfassend gewirkte oder gewebte Stoffschichten und nicht-gewebte Schichten, die mehrschichtig zusammengelegt sind, wobei die gewirkten oder gewebten Stoffschichten aus synthetischen Harz- Multifilaments bestehen, die in mindestens einer Richtung orientiert sind und einen Zugelastizitätsmodul von mindestens 20 GPa, vorzugsweise mindestens 50 GPa, und eine Zugfestigkeit von mindestens 1,2 GPa, vorzugsweise mindestens 1,5 GPa, aufweisen, und die Schichten aus nicht-gewebtem Stoff aus synthetischen Harzfasern bestehen, die statistsch angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Bahnmaterial besitzt eine hohe Festigkeit bei geringer Verwerfung, ohne daß die Drainageeigenschaften verschlechtert werden im Vergleich mit üblichen nicht-gewebten Stoffen bzw. Bahnmaterialien und behält die Leichtigkeit bei, mit der sie transportiert oder der Erdoberfläche, über die sie gelegt sind, angepaßt werden können.
Die synthetischen Fasern, die statistisch angeordnet sind, können beispielsweise lang oder kurz sein.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
(A) Die synthetischen Harz-Multifilaments, die in den gewirkten oder gewebten Stoffschichten verwendet werden, sind Multifilaments mit einem Anfangs-Zugelastizitätsmodul von zumindest 20 GPa, vorzugsweise mindestens 50 GPa, und einer Zugfestigkeit von mindestens 1,2 GPa, vorzugsweise mindestens 1,5 GPa, gemessen nach dem Testverfahren von JIS L-1013. Jede Abweichung des Anfangs-Zugelastizitätsmoduls und der Zugfestigkeit von den oben angegebenen Bereichen führt zu synthetischen Harz-Multifilaments, deren Festigkeit als Verstärkungsmaterialien unbefriedigend ist.
Die Monofilaments, die jedes der oben angegebenen Multifilaments ausmachen, können aus Filamenten bzw. Spinnfasern bestehen, die z. B. aus synthetischen Harzen vom Polyamid-Typ, Polyester-Typ, Polyacrylnitril- Typ, Polyvinylalkohol-Typ, Polyolefin-Typ oder Polystyrol-Typ hergestellt worden sind. Von diesen sind synthetische Harz vom Polyolfin-Typ, wie Polyethylen und Polypropylen, bevorzugt. Insbesondere sind gezogene Produkte aus ultrahoch-molekularem Polyethylen besonders bevorzugt. Derartige gezogene Produkte können hergestet werden, z. B. nach den Verfahren, die angegeben sind in der JP-A-59-187614 und JP-A-59-130313.
Die Muitifilaments können aus nicht-gewebten Fäden oder Ziliarfäden aus Materialien bestehen, ausgewählt aus den oben erwähnten synthetischen Harzen. Unter "nicht-gewebten Fäden" sind Fäden zu verstehen, die erhalten worden sind durch gleichmäßiges oder ungleichmäßiges Auftrennen von Filmen oder Bändern aus einem synthetischen Harz mit einer Kardiermaschine. Der Ausdruck "Ziliarfäden" bedeutet voluminöse, gesponnenen Fäden ähnliche Fäden, die keine Netzwerkstruktur besitzen und die erhalten werden können durch Steuerung der Faserverteilung in jedem Faserbereich.
Die Feinheit der erfindungsgemäß angewandten Multifilaments beträgt vorzugsweise 300 bis 2500 Denier (33,4 bis 278 tex), insbesondere 500 bis 2000 Denier (55,6 bis 222 tex).
Diese Multifilaments sind in mindestens einer Richtung der Textur eines gewirkten oder gewebten Stoffes orientiert, wodurch die Festigkeit der Textur in dieser Richtung erhöht wird. Der Texturtyp des gewebten Stoffes kann eine Leinenbindung, Fleckenbindung, Köperbindung oder verschiedene andere Texturtypen sein, die auf diesen Grundtexturtypen bzw. Bindungstypen beruhen.
Wenn Multifilaments der oben angegebenen Art in einer Richtung orientiert sind, können die in anderen Richtungen angeordneten Filamente von einem anderen Typ sein, wie Multifilaments oder Monofilaments, deren Zugelastizitätsmodul und Zugfestigkeit nicht in den oben erwähnten Bereichen liegen. Es ist auch möglich, zusätzlich zu den in mindestens einer Richtung orientierten Muitifiiaments, wie oben beschrieben, Multifilaments zu verwenden, deren Zugelastizitätsmodul und Zugfestigkeit nicht in den oben erwähnten Bereichen liegen, nicht nur in einer einzigen, sondern in mehreren Richtungen, wie z. B. als Kette und Schuß. Diese Anordnung trägt mit dazu bei, die Festigkeit in einer speziellen Richtung zu erhöhen.
Die Masse (Gewicht pro Fläche) einer gewirkten odere gewebten Stoffschicht, in der die Muitiiiiaments der oben angegebenen Art in mindestens einer Richtung angeordnet sind, beträgt vorzugsweise 50 bis 1000 g/m², insbesondere 100 bis 500 g/m².
(B) Die nicht-gewebten Stoffschichten, in denen synthetische Harzfasern statistisch angeordnet sind, können nicht-gewebte Stoffschichten (Vliesstoffe) sein, bestehend aus langen Fasern (einschließlich Endlosfasern) oder kurzen Fasern, z. B. Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyvinylchloridfasern, Polyvinylidenchloridfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfasern oder Polystyrolfasern. Die Schichten bestehen vorzugsweise aus einem nicht-gewebten Stoff aus Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyethylenfasern oder Polypropylenfasern.
Während die oben erwähnten Fasern im Verzugsverhältnis und im Streckfaktor variieren, sind solche mit einer hohen Festigkeit und einem niedrigen Streckfaktor bevorzugt. Im Hinblick auf die Tatsache, daß ein mechanisches Verbindungs (confounding)-Verfahren angewandt wird, z. B. durch Vernadeln, wie später beschrieben, sind lange Fasern gegenüber kurzen bevorzugt. Im allgemeinen werden die langen oder kurzen Fasern in den nicht-gewebten Stoffschichten durch Schmelzspinnen hergestellt. Als Ergebnis davon sind die Fasergruppen statisisch angeordnet und werden verbessert (mended) mit beispielsweise Sieben zur Bildung von Matten. Wenn es erwünscht ist, kann z.B. ein thermischer Stabilisator, ein Antioxidans, ein UV-Absorber, ein Pigment, ein Flammverzögerer oder ein grenzflächenaktives Mittel zu den geschmolzenen Materialien während, vor oder nach dem Schmelzspinnen und Bilden der Matte zugesetzt werden, oder er/es kann auf die Oberfläche der entstandenen Fasern aufgebracht werden. Die Feinheit der langen oder kurzen Fasern in den nicht-gewebten Stoffschichten, die so erhalten werden, beträgt vorzugsweise 50 bis 1000 g/m², insbesondere 100 bis 500 g/m².
(C) Die folgenden Strukturen sind Beispiele für Mehrschichten-Strukturen, bestehend aus Schichten aus einem gewirkten oder gewebten Stoff und einem nicht-gewebten Stoff:
(1) Eine bilaminare Struktur, bei der eine (Schicht) über der anderen begt;
(2) eine Triplexstruktur, in der eine Schicht aus einem gewirkten oder gewebten Stoff sandwichartig zwischen zwei nicht-gewebten Stoffschichten liegt;
(3) eine Triplexstruktur, in der eine nicht-gewebte Stoffschicht sandwichartig zwischen gewirkten oder gewebten Stoffschichten liegt, und
(4) eine mehrschichtige Struktur, in der Strukturen der oben angegebenen Art (1) übereinanderliegen. Von diesen ist eine Triplexstruktur (2) besonders bevorzugt.
(D) Eine gewirkte oder gewebte Stoffschicht und eine nicht-gewebte Stoffschicht können miteinander verbunden sein, z. B. durch Nadeln, Wasserstrahlstanzen, Ultraschallschweißen, Hochfrequenzschweißen oder Heißprägen. Wenn ein Nadeln (Nadelstanzen) angewandt wird, kann eine befriedigende Verbindung zwischen den Schichten erreicht werden, wenn die Nadel jede Schicht 30 bis 150-mal, vorzugsweise 50-mal oder mehr, pro cm² durchdringt. Die Nadeltiefe der Nadeln beträgt vorzugsweise 8 bis 15 mm, insbesondere 10 bis 14 mm. Da mindestens eine Richtungskomponente der gewirkten oder gewebten Stoffschicht in der so erhaltenen mehrschichtigen Struktur aus Multifilaments besteht, ist der Abbau der Anfangs-Zugfestigkeit aufgrund des Nadelns (Nadelstanzens) verhältnismäßig gering bei dieser mehrschichtigen Struktur, verglichen mit flachen Strukturen. Sie zeigt auch eine ausgezeichnete Wasserdurchlässigkeit. Darüber hinaus wird durch Durchführen einer Oberflächenbehandlung bei jeder Schicht mit einem nichtionischen grenzflächenaktiven Mittel, wie einem Polyoxyethylen-alkylether oder Polyoxyethylen-alkylphenylether, vor oder während des Nadelns der Grad der Beschädigung der Fasern durch das Durchstechen der Nadeln in jeder Schicht verringert, und eine Verschlechterung der anfänglichen Zugfestigkeit wird zuverlässiger verhindert. Das ist ebenfalls vorteilhaft, indem jede Schicht hydrophil wird, was die Wasserdurchlässigkeit verbessert.
Die Verbindundungen zwischen Schichten, die durch thermisches Verschmelzen mit Hilfe der oben erwähnten Schmelz- oder Wärmeprägvorrichtungen erzielt werden, können teilweise Verbindungen sein. Um eine feste Verbindung zwischen Schichten sicherzustellen, ist es erwünscht, daß die gewirkte oder gewebte Stoffschicht und die nicht-gewebte Stoffschicht aus dem gleichen synthetischen Harz bestehen oder, wenn sie verschieden sind, aus synthetischen Harzen, die miteinander verträglich sind.
Die Zugfestigkeit dieses Produktes ist vorzugsweise so, daß sie durch eine maximale Last von 4,5 tf/m oder mehr angegeben werden kann, wenn die Streckgrenze (extensional distortion) in mindestens einer Richtung, gemessen mit Hilfe eines Tests, der entsprechend dem Streifenschneideverfahren von JIS-1096 durchgeführt wird, 15% oder weniger beträgt. Der Wassserdurchlässigkeitskoeffizient beträgt vorzugsweise 1x10¹ bis 1x10² cm/s in der ebenen Richtung (Horizontalrichtung) und 1x10&sup0; bis 1x10² cm/s in der vertikalen Richtung.
Wie oben beschrieben, ergibt die mehrschichtige nicht-gewebte Stoffbahn nach der Erfindung eine beffiedigendere Anfangsfestigkeit und Wasserdurchlässigkeit (Drainageeigenschaften) als übliche laminierte Bahnen, die als Materialien für Bauzwecke verwendet werden. Darüber hinaus ergeben die nicht-gewebten Stoffschichten, da sie als Polster zum Schutz der gewirkten oder gewebten Stoffschichten dienen, nicht nur eine hohe Zugfestigkeit und gute prozentuale Dehnung, sondern sind auch unter wiederholter Belastung beständig, wodurch sie ihre hohe Wirksamkeit als Bahnmaterial für Bauzwecke über lange Zeiten beibehalten. Diese Charakteristika machen die mehrschichtige nicht-gewebte Stoffbahn nach der Erfindung geeignet zur Verwendung als Fundament-Verstärkungsmaterial, zur Stabilisierung von Ufern und schwachem Untergrund. Außerdem kann sie, da sie eine ausgezeichnete Lastbeanspruchungs-Verteilung aufweist, wenn sie bei Straßenbauarbeiten verwendet wird, z. B. auch verwendet werden zur Erhöhung der Konsolidierung von schwachem Untergrund bei vertikalen Drainagearbeiten. Daneben kann sie auch verwendet werden als Material zur Drainage von beispielsweise Sickerwasser oder Grundwasser oder als ein AntiVerziehmittel (anti-drafting material) oder Anti-Auswaschmittel, z. B. zum Schutz von Ufern von Flüssen oder Meeren. Darüber hinaus ist sie auch geeignet zur Verwendung als Anti-Schlammpumpmaterial für den Boden neben Gleisen, wo eine Beständigkeit gegen eine Sedimentabsetzung und wiederholte Belastung erforderlich ist. Sie findet auch eine vielzahl von Anwendungen im Hoch- bzw. Tiefbau, wie als Folie für das Aufspritzen von Mörtel oder Beton, als Material zur Verhinderung einer Verstopfung der Abflußgräben (unterirdische Drainagerohre), als Drainage- oder Isoliermaterial für Tunnels und als Material zur Verhinderung des Auslaufens von Öl aus Pipelines.
Das folgende Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung näher.

Beispiel

Eine laminierte nicht-gewebte Stoffbahn wurde unter den folgenden Bedingungen hergestellt und einem Zugfestigkeitstest unterworfen:

(Nicht-gewebter Stoff):

Ein langfaseriger nicht-gewehter Stoff (Vliesstoff) aus Polypropylen;
* Masse (Verhältnis Gewicht zu Fläche): etwa 130 g/m²

(Gewirkter oder gewebter Stoff):

Ein Stoff in Leinenbindung, in dem gestreckte Multifilaments aus ultrahoch-molekularem Polyethylen mit einer Feinheit von 1000 D in einer Richtung orientiert sind, 7 Inch (2,54 cm), als Kette, und in der nichtgewebte Fäden aus Monofilaments aus Polypropylen als Schuß vorhanden waren.
* Festigkeit der gestreckten Multifilaments: 25 g/D

(Formungsbedingungen):

Eine gewirkte oder gewebte Stoffbahn wurde sandwichartig zwischen zwei nicht-gewebten Stoffbahnen eingeschlossen, und sie wurden mit Hilfe einer Nadelvorrichtung (needle punch) miteinander verbunden.
* Anzahl der Nadelungen: 50/m²
* Nadeltiefe: 14 mm

(Testverfahren):

Die Zugfestigkeit der gewirkten oder gewebten Stoffbahn in Kettrichtung wurde gemessen durch Anbringen einer Last auf die mehrschichtige nicht-gewebte Stoffbahn gemäß dem Spaltverfahren nach JIS-1096.
Die maximale Last betrug 4,6 tf/m und die Bruchdehnung (elongation distortion) unter der maximalen Last betrug 5,0%.

Claims

1. Mehrschichtige wasserdurchlässige nicht-gewebte Stoffbahn (Vliesstoff), umfassend Schichten aus gewirktem oder gewebtem Stoff und nicht-gewebtem Stoff (Vliesstoff), die mehrschichtig zusammengelegt sind, wobei die Schicht(en) aus gewirktem oder gewebtem Stoff aus synthetischen Harz-Multifilaments besteht/ bestehen, die in mindestens einer Richtung orientiert sind und einen Zugelastizitätsmodul von zumindest 20 GPa und eine Zugfestigkeit von zumindfest 1,2 GPa aufweisen, und die Schicht(en) aus nicht-gewebtem Stoff aus synthetischen Harzfasern besteht/bestehen, die statistisch angeordnet sind.

2. Stoff nach Anspruch 1, wobei die Multifilaments der gewirkten oder gewebten Stoffschicht(en) einen Zugelastizitätsmodul von zumindest 50 GPa und eine Zugfestigkeit von zumindest 1,5 GPa besitzen.

3. Stoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Multifilaments der gewirkten oder gewebten Stoffschicht(en) aus ultra-hochmolekularem Polyethylen bestehen.

4. Stoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Multifilaments der gewirkten oder gewebten Stoffschicht(en) 500 bis 2000 den (55,6 bis 222 tex) haben.

5. Stoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede gewirkte oder gewebte Stoffschicht ein Verhältnis Masse zu Fläche von 100 bis 500 g/m² aufweist.