EP1729607A1 - Verfahren zum herstellen von haftelementen auf einem tràgermaterial - Google Patents

Verfahren zum herstellen von haftelementen auf einem tràgermaterial

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EP1729607A1
EP1729607A1 EP04722156A EP04722156A EP1729607A1 EP 1729607 A1 EP1729607 A1 EP 1729607A1 EP 04722156 A EP04722156 A EP 04722156A EP 04722156 A EP04722156 A EP 04722156A EP 1729607 A1 EP1729607 A1 EP 1729607A1
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EP
European Patent Office
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adhesive
elements
adhesive elements
van der
plastic material
Prior art date
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EP04722156A
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English (en)
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EP1729607B1 (de
Inventor
Jan Tuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gottlieb Binder GmbH and Co KG
Original Assignee
Gottlieb Binder GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Gottlieb Binder GmbH and Co KG filed Critical Gottlieb Binder GmbH and Co KG
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Publication of EP1729607B1 publication Critical patent/EP1729607B1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44B—BUTTONS, PINS, BUCKLES, SLIDE FASTENERS, OR THE LIKE
    • A44B18/00—Fasteners of the touch-and-close type; Making such fasteners
    • A44B18/0046—Fasteners made integrally of plastics
    • A44B18/0049—Fasteners made integrally of plastics obtained by moulding processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44B—BUTTONS, PINS, BUCKLES, SLIDE FASTENERS, OR THE LIKE
    • A44B18/00—Fasteners of the touch-and-close type; Making such fasteners
    • A44B18/0046—Fasteners made integrally of plastics
    • A44B18/0061—Male or hook elements
    • A44B18/0065—Male or hook elements of a mushroom type

Definitions

  • the invention relates to a method for producing adhesive elements on a carrier material by using at least one plastic material which is introduced into at least one shaping element.
  • WO 94/23610 A1 discloses a method for producing an adhesive closure part, in which a carrier with a plurality of stems, preferably integrally connected to it, is produced.
  • a type of adhesive closure part produced in particular the formation of an adhesive closure for baby diapers or for hospital clothing is disclosed.
  • fastener fasteners that can be used in fastener closures of such garments, one requires a relatively high number of entangling means per square centimeter, which leads to correspondingly high production costs, since the formation of Verhakungsmitte! Forming roll used in the prior art must have the appropriate number of open cavities, which are only consuming inculcate.
  • the adhesive closure parts produced in this way have stems integrally arranged on a foil-like carrier material and projecting in the vertical direction, which are provided at their free end with a head-side widening, which is used for producing the releasable adhesive closure with a corresponding Velcro or loop material interact, which mechanically entangles with the underside of the head-like widening of the stem material.
  • These locking systems are also often advertised in German-speaking countries with the brand name Kletten ® -Haftver anyway.
  • Velcro ® -Haftverschlußsysteme Disadvantage of these known Velcro ® -Haftverschlußsysteme is that these must always work together with corresponding closure parts (Velcro or loops) for effective arrest, so the formation of the actual adhesive closure, with modern closure systems today also show the possibility of the same trained Kopfver circuit parts to connect together to form the adhesive closure by the head-side ends of a closure member engage in the distances between the head-side ends and stems of the other closure member and the radially widened relative to the stems head parts then hook each other with their mutually facing edge surfaces, wherein also the pertinent closure systems are designed releasably.
  • 6,432,347 describes a fibrillation of film material by use of a vortex nozzle or with a pulsed water jet at high pressure in order to arrive at an improved filter material or to a film-like material with improved thermal and acoustic acoustic insulation properties.
  • the diameter of the each fiber is selected to be very thin, so that only a very small contact surface is available at the free end of each individual fiber, for example in the order of 0.2 to 0.5 microns.
  • the thickness range of this structure in the form of the stems, to which the individual fibers follow, but also in the nanometer range, for example at 100 to 400 nanometers, are. These orders of magnitude are sufficient for an interaction with the corresponding part (surface) on which the adhesive closure part is to be determined to take place via the so-called van der Waals forces.
  • Van der Waals forces are, according to Van der Waals, named intermolecular forces, which appear as weak binding forces between inert atoms and saturated molecules. While only the so-called dispersion forces are used in the interaction between atoms, the interactions of induced or possibly existing permanent dipole moments (orientation effect) are effective as additional attractive forces in molecules. It should be noted that although Van der Waals forces are considered to be synonymous with intermolecular forces, but the majority of van der Waals forces are understood to be those very broad forces of attraction between neutral molecules whose energy is at the 6th power of the molar distance decreases.
  • the forces are, for example, effective in host-guest relationships, in molecular lattice crystals, inclusion compounds, molecular compounds and in phenomena of colloid chemistry, interfacial and surface chemistry, etc. (see R ⁇ MPPS CHEMIE LEXIKON, ⁇ .Aveml., Franckh '). publishing house Stuttgart).
  • a strip-like carrier part which is obtained from a roll forming process by means of a sieve, a Kaiandriervorgang or free of mold via a droplet application process and then the stem ends are chemically, mechanically or electrically divided into individual filaments or single fibers.
  • the thus obtained fastener part or adhesive element finds its equivalent in nature, for example, in the feet of a gecko, which is able to move due to the foot design below a ceiling or along vertically extending glass surfaces.
  • WO 01/49776 A1 has already been proposed to remove the Seta elements from the living object for the purpose of constructing adhesive closure parts and to connect them to a carrier part as a substrate, wherein as a substitute manufacturing method, this already includes molding methods with pipetting technology modern printing processes are considered.
  • WO 03/095190 A1 it is envisaged to create the Seta elements via a first shaping template, at which a second shaping template for the formation of the spatula follows congruently.
  • this is only suitable in the context of laboratory technical implementation, as well as the other methods mentioned in relation to the artificial recapture of the gecko foot structure. It is not possible to use the van der Waals forces for a fastener part or an adhesive part on a large industrial scale with the aforementioned methods.
  • the present invention seeks to further improve the known manufacturing process for producing adhesive elements, which adhere to the basis of van der Waals forces, that they can be produced inexpensively on a large industrial scale and yet to a great extent develop an adhesive effect.
  • This object is achieved by a method having the features of claim 1 in its entirety.
  • the pertinent adhesion or adhesive part can be produced very inexpensively on a large industrial scale and connect with the reason with each surface (substrate) releasably connected, for example, a provided with the adhesive elements body part with a vehicle frame or such a picture or a screen to the Hang wall without further connection means by the Haftele- elements with their widened ends interact directly with the surface on the above Van der Waals forces.
  • the adhesive element part produced by the process according to the invention enters the clothing industry, no further modifications are necessary here, in particular no loop or fleece material is to be arranged on parts of the clothing so as to entangle with the otherwise conventional adhesive closure parts (mushroom or hook ).
  • the closure part with the adhesive elements can interact directly with the material of the clothing fabric to establish a connection via the free widened ends. It has been found that in order to release the adhesive elements from a surface, they are preferably peeled off the surface, preferably at an angle of 90 °, so as to release the adhesion via the van der Waals forces and to remove the seal from the surface to be able to remove any nature again.
  • the pertinent attaching and detaching operations can take place several times, preferably several thousand times, depending on the design of the closure system.
  • the length of the adhesive elements is selected such that they open for each stem on their free ends in a common plane, since the van der Waals forces act only over a very short distance, so preferably provide is that the distance of the free contact ends of the widened ends of the single stem to the intended surface substantially constant.
  • the adhesive elements can bend away from the surface to be contacted, they have a sufficient inherent rigidity;
  • provision can be made for the widened ends to be connected to them by way of a corresponding reduction in diameter in the transition region to the stem. In this way, at the transition point creates a kind of joint, so that the band-like support member with the stems is already peeled off and then adhering surface end of the Abbullamba follows in the sense of a rolling movement on the respective joint.
  • FIG. 1 shows a side view of an apparatus for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 is a greatly enlarged view of a longitudinal section through a mold cavity according to the illustration of Figure 1;
  • FIG 3 shows a greatly enlarged view of the arranged on a support material adhesive elements prepared by the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of parts of a device for carrying out the method according to the invention with a nozzle head 1 as a feeding device for plastic or liquid and thixotropic plastic, which as a band whose width corresponds to that of the adhesive element to be produced, the gap between a pressure tool and a mold is supplied.
  • a pressure roller 3 serves as a pressure tool and the molding tool is a molding roller designated as a whole by 5. Both rolls are shown in FIG. 1 with curved arrows 7 and 9.
  • a pertinent mold cavity 12 as a shaping element is shown in an enlarged example shown in Figure 2.
  • the inflow direction of the plastic material takes place in the direction of the Fig.2 seen in the region of the pressure roller 3 from top to bottom.
  • the mold cavities 12, which is not shown in detail, regularly distributed over the forming roller 5 with its sieve 11 on the outer peripheral side, wherein the distribution and the number are selectable; Preferably, however, more than 10,000 of these mold cavities 12 per cm 2 are arranged on the wire and particularly favorable for the design of the adhesive elements has a number of 16,000 mold cavities 12 per cm 2 proved.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the mold cavity 12 used in each case, wherein the boundary walls 13, which are opposite in longitudinal section, are provided continuously with a convex path 14. It is understood that the said two boundary walls 13 with respect to the rotationally symmetrical structure of the mold cavity 12 basically part of a final shaping wall 15 which is bounded by the screen material 11 of the forming roller 5.
  • the pertinent mold cavities 12 it is possible to produce adhesive elements in the form of each one provided with a head part 16 as a widened end stem part 17th
  • the curvature of the respective track 14 in the direction of the head part 16 to be formed is made stronger than in the direction of a foot part 18, via which the stem part 17 is connected to the carrier 10. In this case, it has proven to be particularly advantageous if, viewed from the longitudinal direction of the stalk part 17 in the direction of the head part 16, the course of the track 14 with its greater curvature above the middle, preferably beginning in the upper third, is provided.
  • galvanic coating processes in particular electroplating processes, have proven in which first a cylindrical mold cavity (not shown) is coated or platinized with a coating material until the convex Trajectory 14 sets.
  • the adhesive elements shown in Figure 3 can be obtained with the method and apparatus described above.
  • the symmetrical structure results directly from the production in a mold cavity 12 according to FIG.
  • a doctoring tool (not shown) can also be used which directly spins the plastic material into the mold cavities 12 in the sense of a doctoring process.
  • the cylindrical screen structure can form a band that circulates between two cylindrical drive rollers (not shown), in which case again the plastic material is preferably doctored onto the belt surface.
  • a warning mensttle or UV light (not shown) allow post-curing as soon as the adhesive elements are removed from the mold cavities 12. This post-crosslinking is common, so that will not be discussed here at this point.
  • crosslinking with the mentioned means is provided, at least on one side, directly in the mold cavities 12.
  • the free widened head ends should run as a head part 16 outwardly flat. Since the individual mold cavities 12 are closed inwardly by the forming roller 5, it would not be possible to the extent that the air trapped there during the molding operation presses a concave air cushion into the free head end. To counter this, it can be provided to provide within the forming roller 5 a device which allows the air to escape or which allows the air in the mold cavity 12 to be sucked off, for example via a vacuum device or the like.
  • the stem and head design looks like results from the illustration of FIG.
  • the plastic material is displaced into the mold cavity 12 and then comes to rest there and then forms the flat head outside.
  • the plastic material solidifies in the mold itself and is then removed in the pre-solidified state from the mold cavity 12 or already largely cured in this; but only insofar as a demolding process is not affected.
  • the rotation of the hyperboloid can be continued in such a way that at a further narrowed point a kind of joint between the stem part 17 and the head part 16 is formed.
  • the joint as already stated, is favorable for the operation of the van der Waals closure system.
  • Suitable plastic materials are inorganic and organic elastomers, in particular polyvinyl siloxane, as well as addition-crosslinking silicone elastomers, also in the form of two-component systems and acrylates.
  • the use of rubber materials is also possible.
  • the process can be particularly favorable if the plastic material used in each case is thixotropic.
  • Thixotropic behavior in the context of the invention is intended to mean the reduction of the structural strength during the shear stress phase and its more or less rapid but complete reconstruction during the subsequent rest phase. This degradation / recovery cycle is a fully reversible process and thixotropic behavior is definable as a time dependent behavior.
  • plastic materials have proved favorable in which the viscosity measured with a rotational viscometer ranges from 7,000 to 15,000 mPas, but preferably has a value of about 10,000 mPas at a shear rate of 10 ⁇ . In the sense of self-cleaning
  • X denotes a length corresponding to the size of about 100 m.
  • the geometrical dimensions of the adhesive elements are given, the stated size orders, for the sake of better illustration, not being reflected directly in FIG. 3, which to this extent merely reflects the structure of the adhesive element material.
  • the adhesive element material according to the invention are more than 16,000 adhesive elements on a cm 2 substrate 10.
  • each adhesive element has a height of about 100 // m, which the size scale X according to the Fig.3 corresponds.
  • the plan head tops have a diameter of about 50 m and reduce towards the upper end of the stem part 17 (joint) to a size of about 30 ⁇ m. In that regard, an undercut is formed between the head part 16 and stem part 17 at the point of transition.
  • the height of the head portion 16 is about 10 ⁇ and the size of the radial projection of the headboard
  • stem part 16 to upper end of stem part 17 is about 10 ⁇ m.
  • the distances between the boundaries of adjacent opposite head portions 16 are 30 m to 40 m.
  • the head part 16 has a plane or slightly convex Oberflä- marriage, which allows the effect of Van der Waals forces if the adhesive element part comes into contact with a surface of any kind. Due to the nanostructure of the adhesive elements, the adhesive element part which can be produced here on an industrial scale can no longer be seen with the naked eye and it is surprising that, owing to the adhesion A very secure releasable attachment via the van der Waals forces takes place.
  • Both the cross-sections of the head and the cross-sections of the cross-sections may be angular, in particular provided with a hexagonal cross-sectional shape, and the aspect ratio of each adhesive element is preferably between 1: 3 and 1: 5.
  • adhesive elements can be provided on the closure characteristic by means of van der Waals forces in a cost-effective and reliable manner on a large-scale industrial scale.

Landscapes

  • Slide Fasteners, Snap Fasteners, And Hook Fasteners (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Haftelementen auf einem Trägermaterial (10) mittels Einsatz mindestens eines Kunststoffmaterials, das in mindestens ein Formgebungselement (12) eingebracht wird. Dadurch, dass dergestalt Haftelemente mit verbreiterten Enden entstehen, deren Anhaftung überwiegend mittels Van-der-Waals-Kräften realisiert wird, werden die sehr guten Anhaftwerte eines Gecko-Fusses als biomechanisches Modell erreicht, ohne dass gemäss den Vorgaben in der Natur eine Auffaserung der Haftstiele zu erfolgen hat.

Description

Verfahren zum Herstellen von Haftelementen auf einem Trägermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Haftelementen auf einem Trägermaterial mittels Einsatz mindestens eines Kunststoffmaterials, das in mindestens ein Formgebungselement eingebracht wird.
Durch die WO 94/23610 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Haft- verschlußteils bekannt, bei dem ein Träger mit einer Vielzahl von vorzugsweise einstückig mit ihm verbundenen Stengeln erstellt wird. Als Anwendungsmöglichkeit eines solcher Art hergestellten Haftverschlußteils wird insbesondere die Bildung eines Haftverschlusses für Babywindeln oder für Krankenhauskleidung offenbart. Um Haftverschlußteile, die in Haftverschlüssen derartiger Kleidungsstücke verwendet werden können, herzustellen, benötigt man eine relativ hohe Anzahl von Verhakungsmitteln pro Quadratzentimeter, was zu entsprechend hohen Produktionskosten führt, da die zur Bildung der Verhakungsmitte! verwendete Formwalze im Stand der Technik die entsprechende Anzahl von offenen Hohlräumen aufweisen muß, die erst aufwendig einzuprägen sind. Die derart hergestellten Haftverschlußteile weisen auf einem folienartigen Trägermaterial einstückig angeordnete und in vertikaler Richtung vorstehende Stengel auf, die an ihrem freien Ende mit einer kopfseitigen Verbreiterung versehen sind, die zum Herstellen des lösbaren Haftverschlusses mit einem korrespondierenden Flausch- oder Schlaufenmaterial zusammenwirken, welches sich mechanisch mit der Unterseite der kopfartigen Verbreiterung des Stengel materials verhakt. Dahingehende Verschlußsysteme werden im deutschsprachigen Raum auch häufig mit der Markenbezeichnung Kletten®-Haftverschlüsse beworben. Nachteil dieser bekannten Kletten®-Haftverschlußsysteme ist es, dass diese für eine wirksame Verhaftung, also zur Bildung des eigentlichen Haftverschlusses, immer mit korrespondierenden Verschlußteilen (Flauschoder Schlingen wäre) zusammenwirken müssen, wobei moderne Verschlußsysteme heute auch die Möglichkeit aufzeigen, gleich ausgebildete Kopfver- schlußteile miteinander unter Bildung des Haftverschlusses zu verbinden, indem die kopfseitigen Enden des einen Verschlußteils in die Abstände zwischen die kopfseitigen Enden und Stengel des anderen Verschlußteils eingreifen und die sich radial gegenüber den Stengeln verbreiterten Kopfteile verhaken sich dann mit ihren einander zugewandten Randflächen gegensei- tig, wobei auch die dahingehenden Verschlußsysteme lösbar ausgestaltet sind.
Des weiteren sind im Stand der Technik Verfahren zur Herstellung von fi- brillierten Folien aus Polypropylen oder Polyethylen bekannt (DE 198 37499 A1, US 6,432,347 B1), bei denen unter Verwendung der vorhandenen Anlagentechnik (Folienextrusionsanlagen für Flachfolie, Blasfolie oder zum Einsatz von Chill-Roll-Verfahren) durch spezielle Maßnahmen in der Technologie und an den Anlagen Folien ohne Aufteilung in Bändchen komplex gereckt, fibrilliert und aufgewickelt werden und so eine netzartige Folie mit unterschiedlicher Breite und großer Länge herstellbar ist. Aufgrund des monoaxialen Reckens bei dieser bekannten Lösung kommt es zu einer verbesserten molekularen Faserorientierung und die derart herstellbaren Gewebe finden ihre Anwendung als Geotextilien oder im Bauwesen als Armierung. Ferner sind in der deutschen Auslegeschrift 1 175 385 sowie in dem US-Patent 6,432,347 eine Fibrillierung von Folienmaterial durch Einsatz einer Wirbeldüse bzw. mit einem gepulsten Wasserstrahl mit hohem Druck beschrieben, um dergestalt zu einem verbesserten Filtermaterial zu gelangen oder zu einem folienartigen Werkstoff mit verbesserten thermi- sehen und akkustischen Isolationseigenschaften.
Um zu neuen Effekten in der Verbindungstechnologie bezogen auf Haftverschlußteile zu gelangen, ist in der nachveröffentlichten DE 103 25 372 A1 bei einem Haftverschlußteil vorgeschlagen worden, zumindest einen Teil der freien Enden der Stengel des Haftverschlußmaterials mit einer Vielzahl von Einzelfasern zu versehen, wobei der Durchmesser der jeweiligen Faser sehr dünn gewählt ist, so dass am freien Ende einer jeden Einzelfaser nur eine sehr kleine Kontaktfläche zur Verfügung steht, beispielsweise in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 μm. Bei bevorzugten Ausgestaltungen kann der Dickenbereich dieser Struktur in Form der Stengel, an die sich die Einzelfasern anschließen, aber auch im Nanometerbereich, beispielsweise bei 100 bis 400 Nanometern, liegen. Diese Größenordnungen genügen, damit eine Wechselwirkung mit dem korrespondierenden Teil (Oberfläche), an dem das Haftverschlußteil festgelegt werden soll, über die sog. Van-der- Waals-Kräfte erfolgen kann.
Van-der-Waals-Kräfte sind nach Van der Waals benannte zwischenmolekulare Kräfte, die als schwache Bindungskräfte zwischen inerten Atomen und gesättigten Molekülen auftreten. Während bei der Wechselwirkung zwischen Atomen lediglich die sog. Dispersionskräfte zum Tragen kommen, sind bei Molekülen die Wechselwirkungen induzierter bzw. eventuell vorhandener permanenter Dipolmomente (Orientierungseffekt) als zusätzliche Anziehungskräfte wirksam. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar von man- chen Autoren Van-der-Waals-Kräfte als Synonym zu zwischenmolekularen Kräften angesprochen werden, dass aber mehrheitlich unter Van-der-Waals- Kräften solche sehr weitreichenden Anziehungskräfte zwischen neutralen Molekülen verstanden werden, deren Energie mit der 6. Potenz des Mol.- Abstands abnimmt. Die Kräfte sind beispielsweise wirksam in Wirt-Gast- Beziehungen, in Molekülgitter-Kristallen, Einschlußverbindungen, Molekülverbindungen und bei Phänomenen der Kolloidchemie, der Grenzflächen- und Oberflächenchemie, etc. zu beobachten (vgl. RÖMPPS CHEMIE LEXIKON, δ.Aufl., Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart).
Um die dahingehenden Einzelfasern zu erhalten, werden auf einem bandartigen Trägerteil, aus Kunststoffmaterial zunächst vorstehende zylindrische Stengel erzeugt, die man aus einem Formwalzvorgang mittels eines Siebes, einem Kaiandriervorgang oder formwerkzeugfrei über ein Tröpfchen- Auftragverfahren erhält und anschließend werden die Stielenden chemisch, mechanisch oder elektrisch in die Einzelfilamente bzw. Einzelfasern aufgeteilt. Das derart erhaltene Haftverschlußteil oder Haftelement findet seine Entsprechung in der Natur, beispielsweise bei den Füßen eines Geckos, der in der Lage ist, aufgrund der Fußgestaltung unterhalb einer Decke oder auch entlang von senkrecht verlaufenden Glasflächen sich zu bewegen. Die genannten Stiele, die in milliardenfacher Anordnung bei einem Gecko-Fuß vorhanden sind, werden dabei in der Fachsprache mit "Seta" bezeichnet und die sich am freien Stielende anschließenden Einzelfasern oder Einzelfilamente als „Spatula".
So wurde in der WO 01/49776 A1 schon vorgeschlagen, zum Aufbau von Haftverschlußteilen die Seta-Elemente vom lebenden Objekt zu entnehmen und mit einem Trägerteil als Substrat zu verbinden, wobei als Ersatz- Herstellverfahren hierzu bereits Abformverfahren mit Pipettiertechnik sowie moderne Druckverfahren angedacht sind. Vergleichbar hierzu wird in der WO 03/095190 A1 angedacht, die Seta-Elemente über eine erste Formgebungsschablone zu erstellen, an der sich eine zweite Formgebungsschablone für die Bildung der Spatula deckungsgleich anschließt. Neben den Pro- blemen des Entformens bei der aufgezeigten Schablonentechnik ist diese nur im Rahmen labortechnischer Umsetzung geeignet, ebenso wie die anderen genannten Verfahren bezogen auf das künstliche Nachempfinden der Gecko-Fußstruktur. Eine Nutzung der Van-der-Waals-Kräfte für ein Haftverschlußteil oder ein Haftteil im großindustriellen Maßstab ist mit den ge- nannten Verfahren nicht möglich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Herstellverfahren zum Erzeugen von Haftelementen, die auf der Basis von Van-der-Waals-Kräften anhaften, dahingehend weiter zu verbessern, dass sie in großindustriellem Maßstab kostengünstig herstellbar sind und dennoch in hohem Maße eine Haftwirkung entfalten. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Haftelemente herstellbar sind mit verbreiterten Enden, deren Anhaftung überwiegend mittels der genannten Van-der-Waals-Kräfte realisiert wird, werden die sehr guten Anhaftwerte eines Gecko-Fußes als biomechanisches Modell erreicht, ohne dass gemäß den Vorgaben in der Natur eine Auffaserung der Haftstiele zu erfolgen hat. Es ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der
Verschlußtechnologie überraschend, dass er unter Abkehr des beschrittenen Weges die Natur identisch nachempfinden zu müssen, zu Haftelementen gelangt mit sehr guten Anhafteigenschaften, überwiegend erzeugt durch die Van-der-Waals-Kräfte, bei denen ohne Auffaserung an den Stielenden verbreiterte Endflächen vorgesehen sind.
Das dahingehende Adhäsions- oder Haftteil läßt sich im großindustriellen Maßstab sehr kostengünstig herstellen und dem Grunde nach mit jeder Oberfläche (Untergrund) lösbar verbinden, um dergestalt beispielsweise ein mit den Haftelementen versehenes Karosserieteil mit einem Fahrzeugrahmen zu verbinden oder dergestalt ein Bild oder einen Bildschirm an die Wand ohne weiteres Verbindungsmittel aufzuhängen, indem die Haftele- mente mit ihren verbreiterten Enden direkt mit der Oberfläche über die angesprochenen Van-der-Waals-Kräfte wechselwirken.
Sofern das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Haftelementteil Eingang in die Bekleidungsindustrie findet, sind hier keine weite- ren Modifikationen mehr notwendig, insbesondere ist an Teilen der Bekleidung kein Schlaufen- oder Flauschmaterial anzuordnen, um dergestalt eine Verhakung mit den sonst konventionellen Haftverschlußteilen (Pilz oder Haken) sicherzustellen. Vielmehr kann hier unmittelbar das Verschlußteil mit den Haftelementen über die freien verbreiterten Enden mit dem Materi- al des Bekleidungsstoffes zum Herstellen einer Verbindung wechselwirken. Es hat sich gezeigt, dass zum Lösen der Haftelemente von einer Oberfläche diese vorzugsweise von der Oberfläche am besten in einem Winkel von 90° abgeschält werden, um dergestalt die Verhaftung über die Van-der- Waals-Kräfte zu lösen und den Verschluß von der Oberfläche beliebiger Natur wieder entfernen zu können. Die dahingehenden Anbringungs- und Lösevorgänge können in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Verschlußsystems mehrfach, vorzugsweise mehrere tausend Mal, erfolgen. Zum Herstellen des Verschlusses oder der bevorzugten Verbindung genügt es, die Haftelemente mit den freien verbreiterten Enden der ansonsten stiel- förmigen Haftelemente flächig an der Oberfläche aufzusetzen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Länge der Haftelemente derart gewählt ist, dass diese für jeden Stengel über ihre freien Enden in einer gemeinsamen Ebene münden, da die Van-der-Waals-Kräfte nur über eine ausgesprochen kurze Distanz wirken, so dass vorzugsweise vorzusehen ist, dass der Abstand der freien Kontaktenden der verbreiterten Enden der Einzelstengel zu der vorgesehenen Oberfläche im wesentlichen konstant ausfällt. Um zu vermeiden, dass die Haftelemente von der zu kontaktierenden Oberfläche wegknicken können, weisen diese eine hinreichende Eigensteifigkeit auf; um aber ein gutes Ablöseverhalten sicherstellen zu können, kann vorgesehen sein, dass die verbreiterten Enden über eine entsprechende Durchmesserreduzierung im Übergangsbereich zum Stengel derart mit diesen ver- bunden sind. Auf diese Art und Weise entsteht an der Übergangsstelle eine Art Gelenk, so dass das bandartige Trägerteil mit den Stielen bereits abgeschält wird und der dann noch anhaftende Flächenendkopf der Abschälbewegung im Sinne einer Abrollbewegung über das jeweilige Gelenk nachfolgt.
Sehr gute Verhaftungsresultate haben sich ergeben, sofern etwa 16.000 Haftelemente pro cm2 Trägermaterial vorhanden sind, wobei die einzelnen Haftelemente dann nur noch eine Größe, insbesondere Höhe von etwa 100/ym und kleiner aufweisen mit einem Durchmesser des verbreiternden Kopfendes von etwa 60μm oder kleiner.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines mit ihm erhaltenen Haftelementeteiles nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig.1 eine Seitenansicht auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2 in stark vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch einen Formhohlraum gemäß der Darstellung nach der Fig.1 ;
Fig.3 in stark vergrößerter Darstellung die auf einem Trägermaterial angeordneten Haftelemente, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das in der Fig.3 gezeigte Ausgangsprodukt an Haftelementen im Sinne dieser Erfindung läßt sich beispielsweise nach einem Verfahren, wie in der DE 100 39 937 A1 beschrieben, erhalten.
Fig.1 zeigt dabei in schematischer Darstellung Teile einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Düsenkopf 1 als Zuführeinrichtung für plastischen oder flüssigen sowie thixotropen Kunststoff, der als ein Band, dessen Breite derjenigen des herzustellenden Hafte- lementeteils entspricht, dem Spalt zwischen einem Druckwerkzeug und einem Formwerkzeug zugeführt wird. Gemäß der Darstellung nach der Fig.1 dient als Druckwerkzeug eine Druckwalze 3 und bei dem Formwerkzeug handelt es sich um eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Formwalze. Beide Walzen sind in Fig.1 mit Bogenpfeilen 7 und 9 angegebenen Dreh- richtungen angetrieben, so dass zwischen ihnen ein Förderspalt gebildet wird, durch den das Kunststoffband in Transportrichtung gefördert wird, während gleichzeitig im Spalt als Formgebungszone das Kunststoff band zum Träger 10 als Trägermaterial der Haftverschlußelemente geformt wird und der Träger 10 an der der Formwalze 5 anliegenden Seite durch die formgebenden Elemente der Formwalze 5 die zur Bildung der Haftelemente erforderliche Formgebung erhält.
Zu diesem Zweck weist die Formwalze 5 am Umfang ein Sieb 11 auf mit einzelnen Formhohlräumen 12. Ein dahingehender Formhohlraum 12 als Formgebungselement ist beispielhaft in der Fig.2 vergrößert dargestellt wiedergegeben. Die Einströmrichtung des Kunststoffmaterials erfolgt dabei in Blickrichtung auf die Fig.2 gesehen im Bereich der Druckwalze 3 von oben nach unten. Des weiteren sind die Formhohlräume 12, was nicht näher dargestellt ist, über der Formwalze 5 mit ihrem Sieb 11 außenumfangsseitig regelmäßig verteilt, wobei die Verteilung und die Anzahl wählbar sind; vorzugsweise sind jedoch mehr als 10.000 dieser Formhohlräume 12 pro cm2 auf dem Sieb angeordnet und besonders günstig für die Ausgestaltung der Haftelemente hat sich eine Anzahl von 16.000 Formhohlräumen 12 pro cm2 erwiesen. Die Fig.2 gibt einen Längsschnitt wieder des jeweils eingesetzten Formhohlraumes 12, wobei die im Längsschnitt gegenüberliegenden Begrenzungswände 13 durchgehend mit einem konvexen Bahnverlauf 14 versehen sind. Es versteht sich, dass die genannten beiden Begrenzungswände 13 im Hinblick auf den rotationssymmetrischen Aufbau des Formhohlraumes 12 dem Grunde nach Teil einer abschließenden Formgebungswand 15 sind, die durch das Siebmaterial 11 der Formwalze 5 begrenzt wird. Mit den dahingehenden Formhohlräumen 12 ist es möglich, Haftelemente herzustellen in Form jeweils eines mit einem Kopfteil 16 als verbreitertes Ende versehenen Stengelteils 17. Wie die Fig.2 des weiteren zeigt, ist dabei die Krümmung des jeweiligen Bahnverlaufs 14 in Richtung des zu formenden Kopfteils 16 stärker ausgeführt als in Richtung eines Fußteils 18, über das das Stengelteil 17 mit dem Träger 10 verbunden ist. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn man von der Längsrichtung des Stengelteils 17 aus in Richtung des Kopfteils 16 gesehen den Bahnverlauf 14 mit seiner stärkeren Krümmung oberhalb der Mitte vorzugsweise im oberen Drittel beginnend vorsieht.
Zum Erhalt der angesprochenen Formhohlräume 12 mit ihrem rotationssymmetrischen Aufbau in Form eines Hyperboloids haben sich galvanische Beschichtungsverfahren, insbesondere Elektro-Platinierungsverfahren, erwiesen, bei denen zunächst ein zylindrischer Formhohlraum (nicht dargestellt) derart mit einem Beschichtungswerkstoff beschichtet bzw. platiniert wird, bis sich der konvexe Bahnverlauf 14 einstellt. Ferner ließe sich gegebenenfalls auch über ein Laserverfahren oder ein Ätzverfahren der konvexe Bahnverlauf 14 aus einem Sieb oder Gitter-Vollmaterial erzeugen.
Die in der Fig.3 dargestellten Haftelemente lassen sich mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung erhalten. Der symmetrische Aufbau ergibt sich unmittelbar durch die Herstellung in einem Formhohlraum 12 nach der Fig.2. Anstelle der gezeigten Vorrichtung nach der Fig.1 kann anstelle der Druckwalze 3 auch ein Aufrakelwerkzeug (nicht dargestellt) treten, das direkt im Sinne eines Aufrakelvorganges das Kunststoffma- terial in die Formhohlräume 12 verbringt. Auch kann die zylindrische Siebstruktur ein Band ausbilden, das zwischen zwei zylindrischen Antriebswalzen (nicht dargestellt) umläuft, wobei dann wiederum das Kunststoff material vorzugsweise auf die Bandoberfläche aufgerakelt wird. Sofern es sich um vernetzbare Kunststoffmaterialien handelt, kann darüber hinaus eine War- mequelle oder UV-Licht (nicht dargestellt) ein Nachvernetzen ermöglichen, sobald die Haftelemente aus den Formhohlräumen 12 entformt sind. Das dahingehende Nachvernetzen ist üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Vorzugsweise ist jedoch bei einem Formgebungsverfahren mittels Siebband ein Vernetzen mit den angesprochenen Mitteln, mindestens auf einer Seite direkt in den Formhohlräumen 12 vorgesehen.
Um ein Optimum bezogen auf die Van-der-Waals-Kräfte zu erhalten, sollen vorzugsweise die freien verbreiterten Kopfenden als Kopfteil 16 nach außen hin plan verlaufen. Da die einzelnen Formhohlräume 12 nach innen durch die Formwalze 5 verschlossen sind, wäre insoweit nicht ausgeschlossen, dass die dort beim Formvorgang eingeschlossene Luft in das freie Kopfteilende ein konkaves Luftpolster eindrückt. Um dem zu begegnen, kann vor- gesehen sein, innerhalb der Formwalze 5 eine Einrichtung vorzusehen, die die Luft entweichen läßt oder die ein Absaugen der Luft im Formhohlraum 12, beispielsweise über eine Vakuumeinrichtung od. dgl., ermöglicht. Im letztgenannten Fall ist jedoch dann eine entsprechende Ansteuervorrichtung notwendig, um zielgerichtet die Vakuumisierüng zu veranlassen und um zu vermeiden, dass die planen Kopfenden in Richtung der Formwalze 5 ausbeulen, wobei aber eine leichte konvexe Krümmung des freien Kopfendes unschädlich ist. Wie im Querschnitt die Stiel- und Kopfgestaltung aussieht, ergibt sich aus der Darstellung nach der Fig.2. Das Kunststoffmaterial wird in den Formhohlraum 12 verdrängt und kommt dort dann zur Ruhe und bildet dann insoweit die plane Kopfaußenseite aus. Insoweit erstarrt das Kunststoffmaterial in der Form selbst und wird dann im vorerstarrten Zustand aus dem Formhohlraum 12 entfernt oder bereits weitestgehend in diesem ausgehärtet; allerdings nur insoweit, als ein Entformvorgang nicht beeinträchtigt ist. Die mittlere Einschnürung, bedingt durch die Formge- bung des Rotationshyperboloids läßt sich noch dergestalt fortführen, dass bei einer weiter verengten Stelle eine Art Gelenk zwischen Stengelteil 17 und Kopfteil 16 entsteht. Das dahingehend Gelenk ist, wie bereits dargelegt, günstig für das Wirken des Van-der-Waals-Verschluß-Systems.
Geeignete Kunststoffmaterialien sind anorganische und organische Elastomere, insbesondere Polyvinylsiloxan, sowie additionsvernetzende Silikon- Elastomere, auch in der Form von Zwei-Komponenten-Systemen sowie Acrylate. Auch der Einsatz von Kautschukmaterialien ist möglich.
Besonders günstig läßt sich das Verfahren gestalten, wenn das jeweils verwendete Kunststoffmaterial thixotrop ist. Thixotropes Verhalten im Sinne der Erfindung soll dabei die Verringerung der Strukturstärke bedeuten während der Scherbelastungsphase und ihren mehr oder weniger schnellen aber vollständigen Wiederaufbau während der nachfolgenden Ruhephase. Dieser Abbau/Wiederaufbau-Zyklus ist ein vollständig reversibler Vorgang und thixotropes Verhalten ist als zeitabhängiges Verhalten definierbar. Ferner haben sich Kunststoffmaterialien als günstig erwiesen, bei denen die mit einem Rotationsviskosimeter gemessene Viskosität von 7.000 bis 15.000 mPas reicht, vorzugsweise jedoch ein Wert von etwa 10.000 mPas bei einer Scherrate von 10 ∞ aufweist. Im Sinne einer sich selbst abreinigenden
Oberfläche hat es sich darüber hinaus als günstig erwiesen, Kunststoffmaterialien zu verwenden, deren Kontaktwinkel aufgrund ihrer Oberflächenenergie für die Benetzung mit Wasser mindestens einen Wert von größer 60 grd aufweist. Unter Umständen läßt sich die dahingehende Oberflächenenergie auch durch nachträgliche Beschichtungsverfahren noch weiter verändern. Um die Größen (Höhe)-Verhältnisse des erhaltenen Haftelementematerials zu verdeutlichen, ist in der Fig. 3 mit X eine Länge bezeichnet, die der Größe von etwa 100 m entspricht. Im folgenden werden die geometrischen Abmessungen der Haftelemente angegeben, wobei die angegebenen Grö- ßenordnungen der besseren Darstellung wegen nicht direkt ihren Niederschlag in der Fig.3 finden, die insoweit nur grundsätzlich den Aufbau des Haftelementematerials wiedergibt. Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haftelementematerials befinden sich mehr als 16.000 Haftelemente auf einem cm2 Trägermaterial 10. Von Oberseite des Trägers 10 aus gerechnet bis zum Abschluß des Haftelementes über die plane Kopfoberseite weist jedes Haftelement eine Höhe von etwa 100//m auf, was dem Größenmaßstab X nach der Fig.3 entspricht. Die planen Kopfoberseiten haben einen Durchmesser von etwa 50 m und verringern sich in Richtung zum oberen Ende des Stengelteils 17 (Gelenk) auf eine Größe von etwa 30μm. Insoweit ist zwischen Kopfteil 16 und Stengelteil 17 an der Stelle des Übergangs ein Hinterschnitt gebildet. Die Höhe des Kopfteils 16 beträgt etwa 10 μ und die Größe des radialen Überstandes von Kopfteil
16 zu oberem Ende von Stengelteil 17 beträgt ca. 10μm. Die Abstände zwischen den Begrenzungen von einander benachbart gegenüberliegenden Kopfteilen 16 betragen 30 m bis 40 m. Der Durchmesser des Stengelteils
17 liegt bei etwa 20μm bis 35//m. Die dahingehenden Größenverhältnisse sind nur beispielhaft und können im genannten Größenrahmen geändert werden, wobei jedenfalls sichergestellt sein muß, dass gegenüber den Stengelteilen 17 das Kopfteil 16 eine plane oder geringfügig konvexe Oberflä- ehe aufweist, die die Wirkung von Van-der-Waals-Kräften ermöglicht, sofern das Haftelementeteil mit einer Oberfläche beliebiger Art in Berührung kommt. Bei dem hier großtechnisch herstellbaren Haftelementeteil sind aufgrund der Nanogestaltung der Haftelemente diese mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen und es ist überraschend, dass aufgrund des Hafte- lementeaufbaus eine sehr sichere lösbare Verhaftung über die Van-der- Waals-Kräfte erfolgt.
Sowohl die Kopfquerschnitte als auch die Stielquerschnitte können eckig, insbesondere mit einer hexagonalen Querschnittsform versehen sein und das Aspektverhältnis eines jeden Haftelementes liegt vorzugsweise zwischen 1 :3 und 1 :5. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Haftelemente auf der Verschlußcharakteristik mittels Van-der-Waals-Kräfte kostengünstig und funktionssicher in großindustriellem Maßstab zur Verfü- gung stellen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen von Haftelementen auf einem Trägermaterial (10) mittels Einsatz mindestens eines Kunststoffmaterials, das in minde- stens ein Formgebungselement (12) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass dergestalt Haftelemente mit verbreiterten Enden entstehen, deren Anhaftung überwiegend mittels Van-der-Waals-Kräften realisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterialien anorganische und organische Elastomere, insbesondere Polyvinylsiloxan, additionsvernetzende Silikon-Elastomere, auch in der Form von Zwei-Komponenten-Systemen sowie Acrylate eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils verwendete Kunststoffmaterial thixotrop ist und eine mit einem Rotationsviskosimeter gemessene Viskosität von 7.000 bis 15.000 mPas, vorzugsweise jedoch von etwa 10.000 mPas bei einer Scherrate von 10 « hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als jeweiliges Formgebungselement ein trommel- oder bandförmiges Sieb (11) eingesetzt wird, das mit mindestens 10.000, vorzugsweise jedoch mit 16.000 Formhohlräumen (12) pro cm2 versehen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Formhohlraum (12) in der Art eines Hyperboloids ausgestaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial ein solches eingesetzt wird, dessen Kontaktwinkel aufgrund der Oberflächenenergie für die Benetzung mit Wasser mindestens einen Wert von größer 60 grd, vorzugsweise von größer 70 grd, ergibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verbreiterten Enden der Haftelemente im wesentlichen plan oder leicht konvex ausgestaltet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Haftelement aus einem Stengelteil (17) gebildet wird mit einer Höhe von 50/γm bis 150μm, vorzugsweise von etwa 90μm, und einem Durchmesser von 10μm bis 40//m, vorzugsweise von etwa 30μm, und dass die verbreiterten Enden als Kopfteile (18) auf den Stengelteilen (17) einen Durchmesser von 15μm bis 70μm, vorzugsweise von etwa 50yC/m, aufweisen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei vernetzbaren Kunststoffmaterialien diese mit oder nach dem Erstellen der Haftelemente, beispielsweise mit UV-Licht, nachvernetzt werden.
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