DE60026151T2

DE60026151T2 - Verbesserte zahnseide mit niedriger dichte

Info

Publication number: DE60026151T2
Application number: DE2000626151
Authority: DE
Inventors: L. Richard Newark BAILLIE; H. James Cottonwood CHASTAIN; W. John Wilmington DOLAN; Hammond William Flagstaff WILEY
Original assignee: Gore Enterprise Holdings Inc
Current assignee: Gore Enterprise Holdings Inc
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: HK1043035B; WO2001015622A3; EP1212006B1; JP2003508111A; IL147760A0; CA2380073A1; CA2380073C; CN1382030A; EP1212006A2; JP4494692B2; AU770535B2; DE60026151D1; US7060354B2; ATE318120T1; BR0013641B1; CN1278656C; BR0013641A; WO2001015622A2; AU770535C; US20030196676A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Zahnseide, und insbesondere eine Zahnseide mit niedriger Dichte.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von Zahnseide bleibt einer der am meisten empfohlenen Wege zur Verhinderung und Kontrolle von Zahnfleisch-Erkrankungen. Zur Zeit sind mehrere Arten von Seide bekannt und werden verwendet. Diese Seiden sind aus Materialien wie Nylon, Polyethylen, Polyethylen von ultrahohem Molekulargewicht, Polytetrafluorethylen (PTFE) und expandiertem PTFE (ePTFE) hergestellt. Von diesen ist ePTFE-Seide, und insbesondere Einzelfaden-ePTFE-Seide, besonders bevorzugt, zum Teil wegen ihrer inhärent niedrigen Reibungseigenschaften, die es ihr erlauben, leichter zwischen den Zähnen zu gleiten.
Bestimmte Eigenschaften werden typischerweise für Zahnseide als wünschenswert erachtet. Erstens sollte die Seide abriebfest sein, so dass sie während des Gebrauchs, wenn sie zwischen den Zähnen eines Verwenders hindurch geführt wird, nicht zerreißt, durchscheuert oder sonstwie bricht. Um wirkungsvoll verwendet zu werden, sollte die Zahnseide griffig sein; d.h., von den Händen eines Verwenders oder einer anderen Vorrichtung zur Handhabung zwischen den Zähnen festgehalten werden können, ohne in den Händen oder der anderen Vorrichtung zu gleiten. Es wurden mehrere Versuche gemacht, PTFE-Seiden leichter greifbar zu machen. Wie in dem US-Patent Nr. 5 518 0128 von Dolan et. al diskutiert, kann beispielsweise eine gewachste Beschichtung auf der PTFE-Faser angebracht werden, um die Seide griffiger zu machen. In dem US-Patent Nr. 5 911 228 von Curtis et al. wird ein fester Zusatzstoff in die PTFE-Faserstruktur ein gebaut, um die Faser ohne das Erfordernis irgendeiner Beschichtung griffig zu machen. Eine griffige PTFE-Seide, die weder die Verwendung einer Beschichtung auf der Faser, noch die Verwendung von Zusatzstoffen innerhalb der Faser erfordert, um sie griffig zu machen, wäre wünschenswert.
US 5 296 292 betrifft einen länglichen zylindrischen, dehnbaren Gegenstand, aus einem oder mehreren Einzelfadenkern-Strängen, umgeben von porösem Polytetrafluorethylen, der gewünschtenfalls zwecks Glattheit und/oder Abriebfestigkeit an der Außenoberfläche beschichtet oder spinnversiegelt sein kann. Die Kernfäden davon können gewünschtenfalls zwecks erhöhter Anhaftung an dem Polytetrafluorethylen mit hochtemperaturbeständigem Klebstoff beschichtet sein. Der Gegenstand ist besonders brauchbar für Fliegen-Angelleinen zum Fischen.
US 5 806 539 betrifft ein längliches Polytetrafluorethylen-Material, das gebildet wurde durch Führen eines ungesinterten Polytetrafluorethylen-Bands dergestalt über eine erhitzte Oberfläche in Gleitkontakt damit, während auf das Band eine Zugkraft ausgeübt wird, so dass das Polytetrafluorethylen-Band, wenn seine Temperatur durch Kontakt mit der erhitzten Oberfläche erhöht wird, unter gleichzeitiger Verringerung der Breite und der Dicke in Längsrichtung gestreckt wird, während es mit der Oberfläche in Kontakt ist.
Eine Zahnseide sollte auch den subjektiven Vorteil haben, ein gutes "Gefühl" für den Verwender zu haben. Das Gefühl umfasst die gesamten Handhabungseigenschaften der Faser sowie die empfundene Wirkung der Faser im Mund eines Verwenders, wenn sie die Zähne reinigt. Wünschenswerterweise sollte eine PTFE-Zahnseide weich und anpassbar sein, um angenehm zwischen den Zähnen eines Verwenders zu gleiten, während sie gleichzeitig für den Verwender eine schrubbende oder reinigende Empfindung schafft, wenn sie unter das Zahnfleisch manipuliert wird. Die Seide sollte ein weiches Gefühl für die Hände und ein rauhes Gefühl im Mund haben.
Eine PTFE-Seide mit all diesen Vorteilen und Eigenschaften wäre wünschenswert.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnseide bereitgestellt, aufweisend eine Polytetrafluorethylen(PTFE)-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500 und einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Seidenvorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Zahnseide, wie sie bei dem ersten Aspekt definiert ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nähfaden bereitgestellt, aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lager bereitgestellt, aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Buchse bereitgestellt, aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Webfaser bereitgestellt, aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zahnseide bereit, aufweisend eine Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500 und mit einer Dichte von weniger als 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), weniger als etwa 0,6 × 10³ kg/m³ (0,6 g/cc), weniger als etwa 0,5 × 10³ kg/m³ (0,5 g/cc), weniger als etwa 0,4 × 10³ kg/m³ (0,4 g/cc), weniger als etwa 0,3 × 10³ kg/m³ (0,3 g/cc), und weniger als etwa 0,2 × 10³ kg/m³ (0,2 g/cc). Die Seide hat eine Festigkeit, die zur Verwendung als eine Zahnseide geeignet ist, typischerweise größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs), mit zusätzlichen Bereichen für alternative Ausführungsformen von größer als etwa 0,91 kg (2 lbs), größer als etwa 1,13 kg (2,5 lbs), größer als etwa 1,36 kg (3 lbs), größer als etwa 2,26 kg (5 lbs), größer als etwa 3,4 kg (7,5 lbs), und größer als etwa 4,53 kg (10 lbs). Die Seide kann eine Hohlfaser sein mit irgendeinem gewünschten Querschnitt, wie im wesentlichen eliptisch oder rechteckig. Die Seide ist auch abriebfest mit einer mittleren Abrieb-Reißfestigkeit bei verschiedenen Ausführungsformen von größer als 1,2 × 10^–3 kg (2,8 × 10^–3 lbs) pro Denier, größer als 1,36 × 10^–3 kg (3,0 × 10^–3 lbs) pro Denier, größer als 1,8 × 10^–3 kg (4,0 × 10^–3 lbs) pro Denier, größer als 2,3 × 10^–3 kg (5,0 × 10^–3 lbs) pro Denier, oder größer als 2,7 × 10^–3 kg (6,0 × 10^–3 lbs) pro Denier. Die erfindungsgemäße Seide hat eine erhöhte Oberflächen-Rauigkeit mit einer mittleren Rauigkeit von größer als etwa 0,3 μm (bevorzugt etwa 1,3 μm), einem quadratischen Mittel der Rauigkeit von größer als etwa 0,35 μm (bevorzugt etwa 1,6 μm), und einem Abstand von Erhebung zu Vertiefung von größer als etwa 1,7 μm (bevorzugt etwa 6,3 μm). Die Zahnseide kann irgendein Material sein, das für eine Seide geeignet ist, und poröses PTFE ist bevorzugt, besonders expandiertes PTFE. Es kann eine Mehrzahl an Fasern in der Seide vorliegen, jede mit derselben oder einer verschiedenen Zusammensetzung. Die Seide kann einen Füllstoff enthalten.
Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnseide bereitgestellt, aufweisend die Schritte des Bereitstellens einer PTFE-Formmasse, des Extrudierens der Formmasse, um ein Extrudat zu bilden, und des Expandierens des Extrudats zu einer Faser mit den oben angeführten Eigenschaften. Die Extrusion wird bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem Dorn in dem Extruder durchgeführt. Die Verkleinerungsverhältnisse in dem Extruder bei verschiedenen Ausführungsformen können größer als 150 zu 1, größer als 200 zu 1, größer als 250 zu 1, größer als 300 zu 1, oder größer als 500 zu 1 sein. Das Extrudat wird während der Expansion durch kontaktloses Erhitzen dergestalt erhitzt, dass das Extrudat die Wärmequelle während des Prozesses nicht berührt.
Darüber hinaus wird hierin ein Faden mit den Eigenschaften und der Zusammensetzung, die oben angeführt wurden, offenbart.
Es wird auch ein verbesserter Nähfaden, eine Faser zum Weben und ein Faden für Strukturen bei Lager- und Buchsen-Anwendungen bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt einer Zahnseide gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Querschnitt einer Zahnseide gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht im seitlichen Querschnitt eines Extruders, der zur Herstellung der Faser gemäß dieser Erfindung verwendet wird;
3A ist eine Ansicht im seitlichen Querschnitt eines Teils des in 3 veranschaulichten Extruders;
3B ist ein Detail eines Teils von 3A;
3C ist ein Detail des in Beispiel 2 verwendeten Spitzen-Verlängerungsstücks;
4 ist eine Seitenansicht von Gerätschaften, die bei einer beispielhaften Ausführungsform der Verarbeitung der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
5 ist eine Seitenansicht von Gerätschaften, die bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Verarbeitung der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
6 ist eine perspektivische Ansicht der Testvorrichtung, die zur Messung der Abriebfestigkeit von Zahnseide verwendet wird;
7 ist eine Seitenansicht der Testvorrichtung von 6;
8 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme bei 100-facher Vergrößerung der Oberfläche einer Zahnseide-Probe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung;
9 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme bei 100-facher Vergrößerung der Oberfläche einer konventionellen Zahnseide-Probe des Stands der Technik;
10 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme bei 500-facher Vergrößerung der Oberfläche einer Zahnseide-Probe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung; und
11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme bei 500-facher Vergrößerung der Oberfläche einer konventionellen Zahnseide-Probe des Stands der Technik.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine ePTFE-Zahnseide mit einer Dichte von weniger als 0,8 × 10³ kg/m³ (0,8 g/cc) bereit. Die erfindungsgemäße Seide ist abriebfest, griffig, und hat ein gutes Gefühl für den Verwender.
PTFE-Zahnseide wird typischerweise hergestellt durch Extrudieren und Expandieren eines relativ großen Bands aus PTFE, und dann Schlitzen des Bands in Fasern der gewünschten Größe für die Zahnseide. Ein solches Herstellungsverfah ren ist beispielsweise beschrieben in dem US-Patent Nr. 5 518 012 von Dolan et al..
PTFE-Zahnseide wird hergestellt durch Extrudieren einer PTFE-Faser (im Gegensatz zu einem Band) gewünschter Abmessungen und dann Expandieren der Faser, um innerhalb der Faser eine Knoten- und Fibrillen-Struktur zu erzeugen, die für expandiertes PTFE charakteristisch ist. Die expandierte Faser hat die gewünschten Endabmessungen der Seide. Auf diese Weise wird die Seidenfaser selbst von dem Extruder hergestellt, ohne die Notwendigkeit eines zwischengeschalteten Schritts des Zerschlitzens.
Eine PTFE-Faser-Zahnseide gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie folgt hergestellt. Eine PTFE-Formmasse wird nach in der Technik bekannten Verfahren wie denjenigen, die in dem US-Patent Nr. 3 953 566 von Gore, dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, beschrieben sind, zur Extrusion vorbereitet. Der Extruder kann ein konventioneller Pastenspritzextruder sein, wie der bei 10 in 3 gezeigte. Der Extruder 10 weist einen Dorn 11 im mittigen Bereich davon auf. Der Dorn 11 hat eine Spitze 12 (3A), die sich in ein Mundstück 13 an der Öffnung des Extruders 10 erstreckt. Der Extruder 10 hat ein Spritzgehäuse 7 und einen Übergang 8. Das Spritzgehäuse hat einen Innendurchmesser 1 wie gezeigt. 3A veranschaulicht den Dorndurchmesser 5. 3B veranschaulicht die aufgewiesene Mundstück-Kanaldurchmesser-Abmessung 2 und die Spitzen-Stegdurchmesser-Abmessung 4. 3C veranschaulicht den abgeflachten Spitzensteg.
Der Dorn 11 (und daher die Spitze 12) kann sich vollständig in das Mundstück 13 hinein erstrecken, so dass das Extrudat aus dem Extruder 10 hohl ist. Alternativ kann der Dorn 11 (und daher die Spitze 12) aus dem Mundstück 13 in den Extruder 10 selbst zurückgezogen sein, um die relative Größe der mittigen Öffnung oder Bohrung in dem Extrudat zu verringern oder einen nicht-hohlen Querschnitt zu schaffen. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass das PTFE während der Extrusion einem beträchtlichen Durcharbeiten ausgesetzt ist. Das dem Polymer vermittelte Ausmaß an Durcharbeitung wird durch das Verkleinerungsverhältnis des Extruders beeinflußt. Das Verkleinerungsverhältnis wird dargestellt durch die Arbeitsfläche des Extruders, dividiert durch die Fläche des Mundstücks. Zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass das Verkleinerungsverhältnis größer als 150:1, bevorzugt größer als 200:1, bevorzugter größer als 250:1, noch bevorzugter größer als 300:1, und am meisten bevorzugt größer als 500:1, ist.
Ob gemäß dieser Erfindung eine Hohlfaser hergestellt wird oder nicht, und ohne durch eine Theorie eingeschränkt zu werden, glaubt man, dass die Verwendung eines Dorns 11 mit einer Spitze 12 bei der Extrusion einer PTFE-Faser ein zusätzliches Durcharbeiten des PTFE schafft, was zu den vorteilhaften Eigenschaften des hierin beschriebenen Extrudats beiträgt.
Zur Herstellung eines geeigneten Extrudats können irgendwelche gewünschten Betriebsbedingungen des Extruders 10 verwendet werden. Bevorzugte Bedingungen sind in den Beispielen hierin angegeben.
Nach dem Verlassen des Extruders 10 wird das Extrudat auf einer Aufwickelspule 40 (4) aufgewickelt. Das Extrudat (in 4 bei 41 gezeigt) wird dann von der Spule 40 abgewickelt und durch einen Ofen 42, bevorzugt einen Ofen mit erzwungener Konvektion, hindurch geführt. Bevorzugt werden Treibrollen 43 und 44 verwendet, um die Geschwindigkeit des Extrudats 41 durch den Ofen 42 zu kontrollieren. Das Extrudat wird expandiert, wenn es durch den Ofen 42 hindurch geht. Es kann irgendein gewünschtes Expansions-(oder-Streck-)Verhältnis (bestimmt durch das Treibrollen-Geschwindigkeitsverhältnis) verwendet werden; beispielsweise von 2:1 bis 120:1 oder größer. Bei einer alternativen Ausführungsform können zwei getrennte Öfen 51 oder 52, wie in 5 gezeigt, und zwei getrennte entsprechende Expansionen verwendet werden. In beiden Fällen erzeugt das Verfahren die erfindungsgemäße Faser 49, die dann auf der endgültigen Aufwickelspule 50 aufgewickelt werden kann.
Das gesamte Erhitzen des Extrudats 41 (oder der Faser 49) geschieht ohne Berührung des Extrudats 41. Speziell verwendet die vorliegende Erfindung einen Ofen 42 (oder 51 und 52) mit erzwungener Konvektion, durch den das Extrudat 41 hindurch geht, ohne die Wände des Ofens zu berühren. Dies steht im Gegensatz zu dem gegenwärtig anerkannten Verfahren zur Herstellung einer PTFE-Zahnseide, das ein Ziehen einer Faser über eine erhitzte Platte, um die Wärme übertragung zu bewirken, beinhaltet. Ohne durch eine Theorie eingeschränkt zu werden, glaubt man, dass ein derartiger Kontakt mit einer erhitzten Platte die Oberfläche der PTFE-Faser verschmiert oder in anderer Weise glättet, was zu der geringen Oberflächenreibung und der schwierigen Greifbarkeit konventioneller PTFE-Seiden beiträgt. Wie unten detaillierter beschrieben wird, glaubt man, dass das berührungsfreie Erhitzen der Faser der vorliegenden Erfindung hilft, auf der Faser eine rauhere Oberfläche zu erzeugen, als sie beim Erhitzen mit Plattenberührung erzielt wird. Diese rauhere Oberfläche wiederum trägt zu einer höheren Oberflächenreibung und einer besseren Griffigkeit für die erfindungsgemäße Seide bei.
Nach der Expansion hat die Faser die gewünschten Endeigenschaften einer Zahnseide. Diese Endeigenschaften sind, beispielsweise, eine Dicke (in 1 als "B" bezeichnet) von 0,0381 bis 1,02 mm (0,0015'' bis 0,04''), eine Breite (in 1 als "A" bezeichnet) von 0,3 bis 4 mm (0,01'' bis 0,16), und ein Denier von 100 bis 3500. Am wichtigsten ist, dass die Faser eine Dichte von weniger als 0,8 g/cc, und in alternativen Ausführungsformen weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), weniger als etwa 0,6 × 10³ kg/m³ (0,6 g/cc), weniger als etwa 0,5 × 10³ kg/m³ (0,5 g/cc), weniger als etwa 0,4 × 10³ kg/m³ (0,4 g/cc), weniger als etwa 0,3 × 10³ kg/m³ (0,3 g/cc) und weniger als etwa 0,2 × 10³ kg/m³ (0,2 g/cc), haben sollte. Jede dieser Eigenschaften wird in einer konventionellen Weise gemessen. Die Dicke kann mittels irgendwelcher konventioneller Mittel, wie durch die Verwendung von Messtastern, einer Rachenlehre, optischer Prüfgeräte, oder selbst eines Rasterelektronenmikroskops, bestimmt werden. Die Dichte kann bestimmt werden durch Dividieren der gemessenen Masse einer Faserprobe (ohne irgendeine Beschichtung oder einen Zusatzstoff) durch das berechnete Volumen der Probe. Das Volumen kann berechnet werden durch Multiplizieren der gemessenen Länge, Breite und Dicke der Probe für im wesentlichen rechteckige Querschnitte, oder durch andere bekannte Berechnungen für andere Querschnitt-Formen, um die genaueste Näherung des Volumens zu erhalten. Denier ist die gemessene Masse der Probe (ohne irgendeine Beschichtung oder irgendeinen Zusatzstoff) in Gramm pro 9000 Meter Länge.
Die gemäß diesem Verfahren hergestellte Seide hat auch eine verbesserte Abriebfestigkeit. Die Abriebfestigkeit wird unter Verwendung der Vorrichtung 60, die in den 6 und 7 veranschaulicht ist, gemessen. Die Vorrichtung 60 hat eine aus rostfreiem Stahl hergestellte Basis 61. Dehn-Baugruppen 62 und 63 springen von der Basis 61 vor und sind mit Bolzen 69 einstellbar daran befestigt. Jede Dehn-Baugruppe 62 und 63 hat eine daran mittels Bolzen 69 befestigte Rolle 64, 65. Eine Carbidklinge 66 mit Mikrokörnung, Teil Nr. AL-8, erhältlich von Micro-100, Inc. Los Angeles, Ca., wird von einer Halterung 67 gehalten, die in einer in der Basis 61 ausgebildeten Nut 68 befestigt ist.
Wie in 7 gezeigt ist, wird eine Probe einer Seide 70 so über die Vorrichtung 60 gelegt, dass die Seide 70 die Vorrichtung 60 an drei Punkten berührt: an der Rolle 64, der Klinge 66 und der Rolle 65. Der Winkel der Dehn-Baugruppen 62 und 63 wird so eingestellt, dass die Seide 70 so nahe wie möglich an der Basis 61 ist, ohne die Basis 61 tatsächlich zu berühren. Ein Ende der Seite 70 wird an einer Masse 100 von 429 g befestigt, und das andere Ende der Seide 70 wird an einem sich hin- und herbewegenden Linear-Antriebselement (nicht gezeigt), das die Seide 70 wiederholt über die Vorrichtung 60 zieht, befestigt. Das sich hin- und herbewegende Linear-Antriebselement hat eine Hublänge von 330/406 mm (13/16'') und eine Geschwindigkeit von 1,5 Hüben pro Sekunde (jeder Hub ist ein Rückwärts- und Vorwärts-Zyklus). Es werden 10 Hübe durchgeführt. Dann wird das sich hin- und herbewegende Linear-Antriebselement gestoppt, und die Seide 70 wird von der Klinge 66 entfernt, die dann mit einem sauberen Baumwolltuch abgewischt wird. Die Seide 70 wird dann wieder befestigt, und es werden 10 weitere Hübe ausgeführt. Dann wird das sich hin- und herbewegende Linear-Antriebselement gestoppt, und die Seide 70 wird wieder entfernt, die Klinge 66 wird wieder mit einem sauberen Baumwolltuch abgewischt, und die Seide 70 wird dann wieder befestigt, und es werden 10 abschließende Hübe ausgeführt. So werden insgesamt 30 Hübe durchgeführt mit zweimaligem Abwischen dazwischen.
Dann wird die Seide 70 von der Vorrichtung 60 entfernt und zwischen Faser-Klemmbacken (Horn-Typ) eines Instron-Modells 1130, erhältlich von Instron Co., Canton, Ma., gedehnt. Die Seide 70 wird dann mit ihrem abgeriebenen Bereich mittig zwischen den Klemmbacken befestigt. Die Meßlänge des Instron ist 254 mm (10'') und die Kreuzkopf-Geschwindigkeit ist 254 mm (10'') pro Minute. Die Bruchlast (in Pound-Kraft) wird gemessen und für jede getestete Probe als "Ab rieb-Reißfestigkeit" aufgezeichnet. Fünf derartige Tests (Abreiben und Reißen) werden an Längen jeder Faserprobe ausgeführt, und der Durchschnitt der fünf wird angezeigt. Die Abrieb-Reißfestigkeit kann durch das Denier der getesteten Probe dividiert werden, um eine Denier-normierte Reißfestigkeit zu erzeugen. Der Begriff "abriebfest", wie er hierin verwendet wird, bedeutet das Besitzen einer Denier-normierten Reißfestigkeit gemäß des obigen Tests von größer als etwa 1,2 × 10^–3 kg/Denier (2,8 × 10^–3 lbs/Denier). Die Daten für die getesteten Proben sind in Tabelle 7 angegeben.
Die erfindungsgemäße Seide ist beträchtlich griffiger als konventionelle PTFE-Fasern. Dementsprechend kann die Seide der vorliegenden Erfindung einige Seiden-Funktionen erfüllen, wie die Verwendung in einem Seiden-Greifer, ohne das Erfordernis irgendeiner Beschichtung oder irgendeines Zusatzstoffes zur Griffverbesserung. Es kann jedoch wünschenswert sein, eine leichte Wachsbeschichtung (wie 2 bis 3 Gewichts% Bienenwachs oder irgendeine andere bekannte Beschichtung oder irgendeinen anderen bekannten Zusatzstoff zur Griffverbesserung) auf der Seide der vorliegenden Erfindung mit einzubeziehen, um die Griffigkeit weiter zu verbessern. Wegen der erhöhten Griffigkeit der Faser selbst kann jedoch beträchtlich weniger Wachs oder anderer Zusatzstoff oder andere Beschichtung auf die Seide der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden, verglichen mit der Menge, die mit konventionellen PTFE-Seiden notwendig ist.
Ohne durch eine Theorie eingeschränkt zu werden, glaubt man, dass die verbesserte Griffigkeit der erfindungsgemäßen Seide ein Ergebnis ihrer erhöhten Oberflächen-Rauigkeit und niedrigeren Dichte gegenüber konventionellen PTFE-Seiden ist. Diese erhöhte Oberflächen-Rauigkeit der vorliegenden Faser, die zumindest teilweise ein Ergebnis des berührungsfreien Erhitzens der Faser gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, ist in den unten diskutierten rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen veranschaulicht.
Die Oberflächen-Rauigkeit der Fasern wird durch Profilmessung gemessen. Die Messungen werden an repräsentativen Flächen von 500 μm × 500 μm im Quadrat auf der Breiten-Seite (in den 1 und 2 mit "A" bezeichnet) der Probe durchgeführt.
Die profilometrischen Messungen wurden mit einem Tencor Profiler Modell P-10 durchgeführt, der Proben über eine Fläche von 500 × 500 μm liefert. Der Tencor Profiler war mit einer Mikrokopf für einen austauschbaren Meßkopf (MicroHead sr Exchangeable Measurement Head) (Taststiftspitzenradius von 20 μm mit einem Winkel von 60 Grad) ausgestattet. Die Menü-Gebrauchsanleitungs-Einstellungen für den Profilmesser waren wie folgt:

Abtastlänge: 500 μm

Abstände zwischen x-Daten: 0,40 μm

Abstände zwischen y-Daten: 0,20 μm

Rauschfilter-Ausschließung: 0,250 μm

Welligkeit-Ausschließungsfilter: 250 μm
Oberflächenrauigkeits-Messungen sind unten angegeben.
Die Zugfestigkeit (hierin auch als "Reißfestigkeit" oder einfach als "Festigkeit" bezeichnet) der erfindungsgemäßen Seide sollte zur Verwendung als eine Seide geeignet sein. Die wünschenswerte Festigkeit ist größer als 0,68 kg (1,5 lbs). Bevorzugt ist die Festigkeit größer als 0,91 kg (2,0 lbs), größer als 1,13 kg (2,5 lbs), größer als 1,36 kg (3,0 lbs), größer als 2,27 kg (5,0 lbs), größer als 3,4 kg (7,5 lbs) oder größer als 4,5 kg (10 lbs). Die Festigkeit der Seide wird mit einem Zugprüfgerät, wie der oben erwähnten INSTRON-Maschine, gemessen. Die Kreuzkopf-Geschwindigkeit des Zugprüfgeräts beträgt 254 mm (10'') pro Minute. Die Messlänge war 254 mm (10''), gemessen von Berührungspunkt zu Berührungspunkt an Klemmbacken vom Horntyp. Die Festigkeit wird als maximale Last auf der Faser während des Tests betrachtet.
Die Matrix-Zugfestigkeit von porösen PTFE-Proben wird bestimmt durch die Formel:
(2,2 g/cc × Zugfestigkeit)/Dichte, worin 2,2 × 10³ kg/m³ (2,2 g/cc) als die Dichte von nicht-porösem PTFE betrachtet wird.
Die Zähigkeit wird berechnet durch Umrechnen der Reißfestigkeit von lb-Kraft in Gramm-Kraft und Dividieren der Faden-Reißfestigkeit in Gramm-Kraft durch das Faden-Denier.
Die Dehnung der Fasern wird durch die Instron-Maschine berechnet. Die Spannung wird berechnet durch Dividieren der Länge der Probe in der Instron-Maschine beim Reißen durch die Ausgangslänge der Probe.
Ein Querschnitt einer beispielhaften, gemäß dieser Erfindung hergestellten Faser, ist in 1 gezeigt. Die Faser 20 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt in 1. Bei der Extrusion aus dem Extruder 10 kann das Extrudat einen runden Querschnitt haben, aber nachdem das Extrudat zu einer Faser verstreckt und auf eine Spule aufgewickelt wurde, wird es etwas zusammengedrückt zu der im wesentlichen rechteckigen Gestalt, die in 1 gezeigt ist. Von Fachleuten auf dem Gebiet der Extrusion wird erkannt werden, dass ein Extrudat und eine Faser jeder Querschnittsform hergestellt werden können.
2 zeigt eine andere beispielhafte Faser 30, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wobei der Dorn weit genug in das Mundstück eingeführt wurde, um einen hohlen Querschnitt zu erzeugen. Obwohl der hohle Kern der Faser, nachdem die Faser expandiert auf die Spule aufgewickelt wurde, am Ende zusammengedrückt sein kann, hat die Faser zu Beginn beim Austreten aus dem Extruder 10 eine Öffnung 31 in der Mitte der Faser 30. In den 1 und 2 ist die Breiten-Abmessung allgemein als A bezeichnet, und die Dicken-Abmessung ist allgemein als B bezeichnet. Für solche im wesentlichen rechteckigen Querschnitte wird die Querschnittsfläche als A × B berechnet. Diese Abmessungen werden bei der Berechnung der Dichte verwendet, wie oben beschrieben.
Obwohl PTFE, und insbesondere expandiertes PTFE, das bevorzugte Material zur Verwendung als die Seide gemäß dieser Erfindung ist, können andere Materialien, wozu Polymere wie Polyethylen, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polypropylen und Nylon gehören, verwendet werden, um eine Seide herzustellen, die die hierin definierten erfindungsgemäßen Eigenschaften hat.
Jede gemäß dieser Erfindung hergestellte erfindungsgemäße Faser kann gewünschtenfalls einen oder mehrere Füllstoffe, auch als Zusatzstoffe bezeichnet, enthalten. Die Faser hat eine Struktur von mittels Fibrillen verbundenen Knoten, die miteinander verbundene Durchlasse und Wege definieren. Ein Füllstoff kann in die Matrix des ePTFE selbst einbezogen sein oder in den von der Struktur definierten Durchlassen und Wegen enthalten sein, oder beides. Im Falle der erfindungsgemäßen Faser mit einem hohlen Kern (hierin auch als Mittenbohrung oder Loch bezeichnet) kann ein Füllstoff auch oder alternativ in der Mittenbohrung enthalten sein.
Wünschenswerte Füllstoffe oder Zusatzstoffe können Farbstoffe, Geruchsstoffe, Heilmittel, antimikrobielle Mittel, Antibiotika, antibakterielle Mittel, Fungizide, Zahnpflegemittel, Mineralieneinbaumittel, weißmachende Mittel, immunologische Mittel, Mittel gegen Zahnstein oder gegen Karies, Mittel gegen Plaque, Lysozyme, entzündungshemmende Mittel, blutstillende Mittel, schmerzstillende Mittel, Natriumfluorid, Zinkchlorid, Tetranatriumpyrophosphat, saures Natriumpyrophosphat, Tetrakalium-pyrophosphat, Vitamin K, wasserlösliche Calciumsalze, Blutfaktoren, die die Gerinnungskaskade auslösen, Aminocapronsäure, Tranexamsäure, Adrenalin, Alaun, Noradrenalin, Eisensalze und Calciumalginat, Natrium-monofluorphosphat, Zinn(II)-fluorid, Chlorhexidin, Hexachlorophen, Cetyl-pyridiniumchlorid, Benzothoniumchlorid, Ureasen, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Orthophosphorsäure, Mononatriumphosphat, Monokaliumphosphat, Dinatriumphosphat, Dikaliumphosphat, Natrium-metaphosphat, Benzothoniumchlorid, Acetyl-trimethyl-ammoniumbromid, Sanguinarien, Triclosan, Tetracyclin, Cetyl-pyridiniumchlorid, Benzothoniumchlorid, eine Schmelzemulsion von Dimethicon und Gemische davon umfassen. Jedes geeignete Griffigkeitsmittel wie Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Puder oder Natriumfluorid, oder eine Beschichtung wie Wachs, kann ebenfalls verwendet werden, um die erfindungsgemäße Seide leichter greifbar zu machen, obwohl die erfindungsgemäße Seide, wie hierin diskutiert, ohne ein derartiges Mittel oder eine derartige Beschichtung griffiger ist als konventionelle Seiden.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Erläuterung vorgelegt, und sie sind nicht dazu gedacht, die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken, noch sollten sie so interpretiert werden.
Beispiel 1 (Beispiel für eine hohle Seide)
Fünf Pound CD123 PTFE-Formmasse, erhältlich von ICI Wilmington, DE, wurden durch ein 10-Mesh Sieb in einen 2 Gallonen-Ballon gesiebt und mit 675 ml Isopar K (22,6 Gew.-% Schmiermittel gegenüber PTFE-Formmasse-Trockengewicht) vermischt. Der Ballon wurde auf einem Taumelmischer mit geneigter Ebene angebracht und 30 Minuten lang umgewälzt. Dann wurde der Ballon von dem Mischer entfernt und vor dem Herstellen von Pellets über Nacht absitzen lassen. Die Vorform wurde auf einen Druck von 2,07 × 10⁶ N/m² (300 psi) komprimiert, aus der Tablettierpresse entfernt und in ein verschlossenes Rohr gebracht, um ein Vorerhitzen zu erlauben. Die Vorform wurde vor der Extrusion für eine Dauer von 16 Stunden auf 40°C erhitzt. Der verwendete Extruder war ein konventioneller Pastenspritzextruder, der ein Spritzgehäuse von 50,8 mm (2 Inch) verwendete. Das Spritzgehäuse und die Temperatur wurden auf 40°C eingestellt. Das für das Experiment verwendete Mundstück hatte einen Kanaldurchmesser von 3,89 mm (0,153 Inch). Die verwendete Spitze hatte einen Stegdurchmesser von 3,61 mm (0,142 Inch) und wurde von einem Dorn von 19,1 mm (0,750 Inch) an Ort und Stelle gehalten. Das berechnete Verkleinerungsverhältnis für die Anordnung war 1095 zu 1. Es wurde ein feuchtes Extrudat hergestellt. Das feuchte Extrudat wurde auf einer Spule mit einem Kerndurchmesser von 102 mm (4 Inch) aufgewickelt, wobei nur genug Zugspannung verwendet wurde, um zu verhindern, dass sich zwischen dem Extruder und der Spule ein Durchhang bildete. Die Extrusionsrate war etwa 12,2 m (40 Fuß) pro Minute. Die Wanddicke des Extrudats war etwa 0,33 mm (0,013 Inch) einschließlich dem Anschwellen. Die Spule des feuchten Extrudats wurde auf einem Spannungs-Abwickler angebracht und um einen Satz Treibrollen von 127 mm (5 Inch) Durchmesser geführt. Von der Treibrolle wurde das Extrudat dann durch einen 1,22 m (4 Fuß) langen Ofen mit erzwungener Konvektion mit einem Innendurchmesser von 254 mm (1 Inch) hindurch geführt, ohne die Wände des Ofens zu berühren. Nach dem Verlassen des Ofens wurde das Extrudat um einen Satz Treibrollen mit einem Durchmesser von 178 mm (7 Inch) gewickelt. Von den Treibrollen wurde das Extrudat dann durch einen zweiten, 1,22 m (4 Fuß) langen Ofen mit erzwungener Konvektion mit einem Innendurchmesser von 254 mm (1 Inch) hindurch geführt, ohne die Wände des Ofens zu berühren. Nach dem Verlassen des Ofens wurde das Extrudat dann um einen Satz Treibrollen mit 178 mm (7 Inch) Durchmesser gewickelt und zu einem Spannungs-Aufwickler, der eine Spule mit einem Kerndurchmesser von 191 mm (7,5 Inch) verwendete. Die Öfen waren Gegenstrom-Öfen, die auf einen Luftstrom von 0,255 m³ (9 Kubikfuß) pro Minute eingestellt waren. Die Temperatur am Faser-Ausgang der Öfen war auf 380°C eingestellt, und die Temperatur am Faser-Einlaß der Öfen war auf 220°C eingestellt. Zwischen der Treibrolle 1 und der Treibrolle 2 war ein anfängliches Geschwindigkeitsverhältnis von 5 zu 1 eingestellt, wobei die erste Treibrollen-Geschwindigkeit auf 2 Fuß pro Minute eingestellt war. Die erste Treibrollen-Geschwindigkeit wurde für den gesamten Test bei 2 Fuß pro Minute gehalten. Das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Treibrolle 2 und Treibrolle 3 wurde für dieses Beispiel auf 1,2 zu 1 eingestellt. Das Verhältnis zwischen der Treibrolle 1 und der Treibrolle 2 wurde dann in Schritten von 5 erhöht, bis sich ein Geschwindigkeitsverhältnis von 15 zu 1 eingestellt hatte. Eine Materiallänge wurde bei dieser Einstellung gefahren, bevor das Geschwindigkeitsverhältnis auf 20 zu 1 erhöht wurde. Dieser Prozeß wurde für Geschwindigkeitsverhältnisse von 25 zu 1 und 30 zu 1 wiederholt. Die Ofentemperaturen wurden zusammen mit dem Geschwindigkeitsverhältnis, beginnend mit dem Geschwindigkeitsverhältnis von 15 zu 1, in Zuwächsen von 5 Grad erhöht, um das amorphe Verblocken des Materials beizubehalten. Bei dem Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Treibrolle 1 und Treibrolle 3 von 36 zu 1 war die Geschwindigkeit an den dritten Treibrollen 0,366 m/min (72 ft/min), und die Temperatur des Faser-Ausgangs der Öfen war 400°C. Auf dem Extrudat wurden Markierungen angebracht, als es aufgewickelt wurde, um zu identifizieren, wo Veränderungen durchgeführt wurden. Als die Faser auf einer Spule aufgewickelt wurde, neigte sie dazu, sich im wesentlichen zu der in 1 gezeigten Form abzuflachen. Die nach nach diesem Verfahren erhaltene Faser wurde hinsichtlich Breite, Dicke, Denier und Festigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. (Vor Messung der Festigkeit wurden die Proben mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet. Das Bienenwachs wurde unter Verwendung einer Wickel- und Wachsmaschine Modell CE-1487, erhältlich von Cezoma International, Inc., Spring City, PA, auf die Proben aufgebracht. Das Bienenwachs wurde auf 97°C erhitzt, bevor es auf die Proben aufgebracht wurde.) Beispiel 2 (Beispiel für einen hohlen, im wesentlichen elliptischen Querschnitt) Unter Verwendung derselben vermischten Formmasse wie in Beispiel 1 wurde mit demselben Mundstück wie in Beispiel 1 eine Extrusion durchgeführt und eine abgeflachte Spitze verwendet, die ein Profil hatte, wie in 3C bei 200 gezeigt. Das Verkleinerungsverhältnis für diese Anordnung war etwa 265:1. Das Extrudat hatte ein "D"-förmiges Loch durch seine Länge, um die Hohlfaser zu bilden. Die Spule des feuchten Extrudats wurde auf einem Spannungs-Abwickler angebracht und in einer Weise ähnlich Beispiel 1 behandelt. Das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Treibrolle 1 und Treibrolle 2 war fest bei 4:1, und das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Treibrolle 2 und Treibrolle 3 variierte, wie in Tabelle 2 aufgelistet. Als die Faser auf einer Spule aufgewickelt wurde, neigte sie dazu, sich im Wesentlichen zu der in 2 gezeigten Form abzuflachen. Die nach diesem Beispiel 2 hergestellten Faserspulen wurden hinsichtlich Breite, Dicke, Denier und Festigkeit getestet und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. (Vor der Messung der Festigkeit wurden die Proben mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet, wie in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben.)
Beispiel 3 (Beispiel für einen nicht-hohlen, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt)
Unter Verwendung derselben vermischten Formmasse wie in Beispiel 1 wurde eine Extrusion durchgeführt, wobei ein rechteckiger Mundstückkanal-Querschnitt von 1,91 auf 0,94 mm (0,075'' auf 0,037'') verwendet wurde. Die Spitze verjüngte sich zu einem Punkt und wurde näherungsweise 0,5 Inch von der Berührung zurückgezogen, um zu erlauben, dass ein rechteckiger Wulst (nicht-hohl) extrudiert wurde. Die Spritzgehäusegröße war 21,6 mm (0,850 Inch) und der Dorn hatte 8 mm (0,315 Inch), was ein berechnetes Verkleinerungsverhältnis von 176:1 ergab. Die Temperatur des Spritzgehäuses und des Mundstücks wurde für dieses Beispiel auf 45°C eingestellt. Das feuchte Extrudat wurde unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel 1 aufgewickelt. Die Spule des feuchten Extrudats wurde auf einem Spannungs-Abwickler angebracht und in einer Weise ähnlich der von Beispiel 1 behandelt. Die für dieses Beispiel 3 verwendeten Geschwindigkeitsverhältnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Die unter Verwendung dieses Pro zesses erhaltene Faser wurde hinsichtlich Breite, Dicke, Denier und Festigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. (Vor der Messung der Festigkeit wurden die Proben mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet, wie in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben.)
Beispiel 4 (Beispiel für einen nicht-hohlen, im wesentlichen runden Querschnitt)
Unter Verwendung derselben vermischten Formmasse wie in Beispiel 1 wurde eine Extrusion durchgeführt, wobei ein Mundstück mit rundem Querschnitt mit einem Kanaldurchmesser von 1,45 mm (0,057'') verwendet wurde und dieselbe Spitze, die in Beispiel 3 verwendet wurde, benutzt wurde, um zu erlauben, dass ein runder Wulst (nicht-hohl) extrudiert wurde. Die Spritzgehäuse-Größe war 16,5 mm (0,650 Inch) und der Dorn hatte 8 mm (0,315 Inch), was ein berechnetes Verkleinerungsverhältnis von 99:1 ergab. Die Temperatur des Spritzgehäuses und des Mundstücks wurde für dieses Beispiel auf 45°C eingestellt. Das feuchte Extrudat wurde unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel 1 aufgewickelt. Die Spule des feuchten Extrudats wurde auf einem Spannungs-Abwickler angebracht und in einer Weise ähnlich Beispiel 1 behandelt. Die für diesen Test verwendeten Geschwindigkeitsverhältnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Die unter Verwendung dieses Prozesses erhaltene Faser wurde hinsichtlich Breite, Dicke, Denier und Festigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. (Vor der Messung der Festigkeit wurden die Proben mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet, wie in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben.)
Beispiel 5 (Nicht-hohle Faser mit einem Zusatzstoff)
CD 123 PTFE-Formmasse wurde mit 10 Gew.-% SiO₂ vermischt. Diese Formmasse wurde dann mit 320 ml/lb Isopropylalkohol vermischt und vor dem Herstellen von Pellets über Nacht absitzen lassen. Eine Vorform wurde für das Spritzgehäuse von 21,6 mm (0,850 Inch) auf einen Druck von 2,07 × 10⁶ N/m² (300 psi) komprimiert und auf 45°C vorerhitzt. Die Vorform wurde unter Verwendung eines Spritzgehäuses von 21,6 mm (0,850 Inch), eines Dorns von 8 mm (0,315 Inch), eines Mundstücks mit 2,49 mm (0,098 Inch) Kanaldurchmesser und einer Spitze mit 1,27 mm (0,050 Inch) Stegdurchmesser extrudiert. Das berechnete Verkleinerungsverhältnis für diese Kombination war 87:1. Die Temperatur des Spritzgehäuses und des Mundstücks wurde für dieses Beispiel auf 45°C eingestellt. Das feuchte Extrudat wurde aufgewickelt und verarbeitet, wobei das Verfahren von Beispiel 1 mit den folgenden Abwandlungen verwendet wurde: Die erste Treibrollen-Geschwindigkeit wurde auf 0,1 m/s (2 ft/min) eingestellt, ein einziger Gebläseluft-Ofen wurde verwendet mit einer Ofen-Luftströmung von 0,283 m³ (10 Kubikfuß) pro Minute und einer Ofen-Ausgangstemperatur von 375°C. Getrennte Beispiele wurden hergestellt mit Geschwindigkeitsverhältnissen von 2:1, 5:1, 10:1, 14:1, 18:1 und 27:1, um das Material zu verarbeiten. Die Proben, die unter Verwendung des Prozesses dieses Beispiels hergestellt wurden, wurden hinsichtlich Breite, Dicke, Denier und Festigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben. (Vor der Messung der Festigkeit wurden die Proben mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet, wie in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben.)
Eine Vergleichsprobe einer J&J Reach^® Easy Slide^® Mint-Seide wurde hinsichtlich bestimmter Eigenschaften getestet zum Vergleich mit denen, die für die erfindungsgemäßen Proben gemessen wurden. Die Ergebnisse der Vergleichsproben-Messungen sind in Tabelle 6 angegeben. Wie man sehen kann, hatte die erfindungsgemäße Faser unter allen Sätzen von Bedingungen außer einem eine Dichte beträchtlich unterhalb derjenigen der Vergleichsprobe.
Bestimmte Proben der obigen Beispiele wurden unter Verwendung des oben beschriebenen Tests getrennt hinsichtlich Abriebfestigkeit getestet. Die erfindungsgemäßen Proben wurden vor dem Abriebtest mit 2% natürlichem Bienenwachs beschichtet. Das Bienenwachs wurde unter Verwendung einer Wickel- und Wachsmaschine Modell CE-1487, erhältlich von Cezona International, Inc., Spring City, PA, auf die Proben aufgebracht. Das Bienenwachs wurde auf 97°C erhitzt, bevor es auf die Proben aufgebracht wurde. Eine Vergleichsprobe von J&J Reach^® Easy Slide^® Mint-Seide wurde ebenfalls hinsichtlich Abriebfestigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Proben der erfindungsgemäßen Faser eine höhere Abriebfestigkeit hatten als die Vergleichsproben, wie durch die höhere Denier-normierte Reißfestigkeit der erfindungsgemäßen Faser gezeigt wurde. Beim erneuten Testen nach dem Abriebfestigkeits-Testen zeigte die erfindungsgemäße Faser auch eine viel höhere beibehaltene Festigkeit. Dieser Wert ist in Tabelle 7 als Festigkeitsabnahme angegeben. (Man beachte, dass, weil die ursprüngliche Faserprobe in dem Abriebtest zur Bestimmung der Reißfestigkeit zerrissen wurde, eine Schwesterprobe, die den Abriebtest durchlaufen hatte, für diesen Vergleich verwendet wurde. Jede scheinbare Festigkeitszunahme wird als innerhalb des experimentellen Fehlers betrachtet und wird als 0 angegeben.) "Festigkeitsabnahme" ist daher hierin als der prozentuale Festigkeitsverlust einer Faser, nachdem sie dem hierin beschriebenen Abriebtest unterzogen wurde, definiert. Wie in Tabelle 7 gezeigt, haben die erfindungsgemäßen Fasern im Vergleich zur Vergleichsprobe eine vorteilhaft geringere Festigkeitsabnahme. Die signifikant verbesserte Festigkeitsabnahme der erfindungsgemäßen Seide gegenüber der Vergleichsseide simuliert das Verhalten im Mund eines Verwenders. Wenn ein Verwender die Seide wiederholt zwischen den Zähnen bewegt, wodurch er die Seide einem Abrieb unterwirft, ist es wichtig, dass die Seide soviel Festigkeit wie möglich beibehält, um ein Reißen verhindern zu helfen. Von der erfindungsgemäßen Seide wird mehr Festigkeit beibehalten, wie durch ihre verbesserte Festigkeitsabnahme angezeigt.
8 zeigt die Oberfläche der erfindungsgemäßen Seide von Beispiel 1 (der Probe mit einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis von 24:1) bei 100-facher Vergrößerung. Eine beträchtliche Oberflächenrauigkeit ist sichtbar. 8 ist mit 9 zu vergleichen, die die Oberfläche einer konventionellen PTFE Seide (J&J Reach^® Easy Slide^® Mint-Seide, nachdem ihre Oberflächenbeschichtung durch Eintauchen der Seide in Xylol für 10 Minuten und dann Lufttrocknen der Seide entfernt wurde) bei derselben Vergrößerung zeigt. Der bemerkenswerte Unterschied in der Oberflächen-Morphologie zwischen der erfindungsgemäßen Seide von 8 und der Vergleichs-Seide von 9 ist überraschend und unerwartet. Man glaubt, dass dieses unerwartete Ergebnis einer derartigen erhöhten Rauigkeit der Oberflächen-Morphologie für die vorliegende Erfindung die verbesserte Griffigkeit sowie andere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Seide erzeugt. Die 10 und 11 veranschaulichen den Punkt weiter, indem sie denselben Vergleich der Oberflächen-Morphologie bei 500-facher Vergrößerung machen. Man sieht, dass die in 10 gezeigte Oberfläche der erfindungsgemäßen Seide von Beispiel 1 (der Probe mit einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis von 24:1) beträchtlich rauer ist als diejenige der Vergleichsprobe in 11 (J&J Reach® Easy Sede® Mint-Seide, nachdem ihre Oberflächenbeschichtung entfernt wurde, wie oben beschrieben).
Die Oberflächen-Rauigkeit der erfindungsgemäßen Seide von Beispiel 1 (der Probe mit einem Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis von 24:1) und der Vergleichsprobe (J&J Reach^® Easy Slide^® Mint) wurde gemessen. Beide Proben wurden vorbereitet, indem die Seide 10 Minuten lang in Xylol getaucht wurde und die Seide dann Luftgetrocknet wurde. Die Ergebnisse sind unten für die mittlere Rauigkeit, das quadratische Mittel der Rauigkeit, und das Verhältnis von Erhebung zu Vertiefung, die mit der Vorrichtung unter den Bedingungen, die oben dargelegt sind, gemessen wurden, angegeben.
Wie man aus den Daten sehen kann, zeigt die erfindungsgemäße Faser eine beträchtlich größere Rauigkeit als die Vergleichsprobe, wie sie durch alle der angegebenen Merkmale gemessen wurde.
Wiederum ohne durch eine Theorie eingeschränkt zu werden, glaubt man, dass die niedrige Dichte und andere Merkmale der erfindungsgemäßen PTFE-Seide im Vergleich zu konventionellen PTFE-Seiden beträchtlich zu den verbesserten Eigenschaften der Seide beitragen. Diese Merkmale der Erfindung helfen, eine griffige Seide bereitzustellen, die ein raues Gefühl im Mund für eine erhöhte gefühlte Wirksamkeit, zusammen mit einem erwünschten weichen, zusammendrückbaren Gefühl für die Hände hat, während sie bei der Herstellung für beträchtliche Materialeinsparungen sorgen. Die Erfinder haben entdeckt, dass bestehende PTFE-Seiden mit einer Dichte von größer als 0,8 g/cc nach bisher bekannten Herstellungsverfahren nicht so gemacht werden können, dass sie eine niedrigere Dichte haben, ohne die Faserfestigkeit beträchtlich zu verringern. Diese Erfindung stellt eine PTFE-Faser mit niedriger Dichte bereit, die die hierin erwähnten Vorteile hat, sowie eine zur Verwendung als eine Zahnseide geeignete Festigkeit hat.
Als einen zusätzlichen Vorteil haben die Erfinder entdeckt, dass die Zahnseide der vorliegenden Erfindung eine sogar größere gefühlte Griffigkeit hat, wenn die Seide naß ist. Dies sollte die Fähigkeit eines Verwenders, die Seide während des Gebrauchs festzuhalten, weiter erhöhen.
Wie oben angegeben, ist eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Seide für die Verwendung mit einer Seidenvorrichtung. Wegen der verbesserten Oberflächen-Rauigkeit und Griffigkeit der erfindungsgemäßen Seide können Vorrichtungen geformt werden, in denen die erfindungsgemäße Seide festgehalten wird, ohne das Erfordernis von den Griff verbessernden Beschichtungen oder Zusätzen. Die Erfinder haben Proben solcher Seidenvorrichtungen, hergestellt aus Polypropylen im wesentlichen wie in der Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP 922440 A2 beschrieben, mit der erfindungsgemäßen ePTFE-Seide hergestellt, und die Seide wurde gemäß ausgewählten Verwendern in Bevorzugungstests adäquat von den Vorrichtungen gehalten.
Zusätzlich können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Faser bei einer Vielfalt anderer Anwendungen verwendet werden. Obwohl hierin in Verbindung mit einer Einzelfaden-Seide beschrieben, kann Mehrfaden-Seide mit einer Mehrzahl an Fasern gemäß dieser Erfindung hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Faser kann auch mit einer konventionellen Seidenfaser kombiniert werden, wie durch Zusammendrehen, oder mit einem Bindemittel verbunden werden, um eine Verbundseide zu bilden.
Zusätzlich wird unter Verwendung der Eigenschaft der hohen Porosität der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Nähfaden bereitgestellt. Nähfäden werden typischerweise mit einem Wachs, Öl oder einem anderen Gleitmittel beschichtet oder imprägniert, um ihre Verarbeitbarkeit während Nähvorgängen zu erhöhen. Die erhöhte Porosität gegenüber traditionellen ePTFE-Nähfäden sorgt für den Einbau und die Aufbringung höherer Mengen der Gleitmittel. Zusätzlich sorgt die erhöhte raue Oberflächen-Morphologie der vorliegenden Erfindung für geschützte Bereiche, wo Gleitfähigkeitsmittel und/oder andere Beschichtungen auf der Oberfläche des Fadens verweilen können. Diese Bereiche können helfen, die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass die Beschichtungen während Nähvorgängen und anderen Herstellungsvorgängen und gleichfalls während der Verwendung des Fadens von der Oberfläche des Fadens abgewischt werden. Man glaubt, dass eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit eines Gleitmittels oder einer anderen Beschichtung oder Imprägnierung sowohl wegen der höheren Beladung der Faser als auch wegen ihrer erhöhten Oberflächen-Rauigkeit erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein verbessertes Lager- und/oder Buchsen-Material bereit wegen der erhöhten Porosität des Fadens und der Fähigkeit, die Fasern mit Epoxiden zu imprägnieren, insbesondere im Fall von Buchsen. Der Faden wird zu einer Schlauch-Konfiguration gewebt, und ein Epoxid wird um den gewebten Schlauch aufgebracht. Es ist wichtig, dass zwischen dem gewebten Schlauch und dem Epoxid eine Bindung erreicht wird. Die vorliegende Erfindung schafft eine Oberfläche, die eine erhöhte Oberflächen-Rauigkeit hat, die es dem Epoxid erlaubt, daran anzuhaften. Zusätzlich sorgt die erhöhte Porosität der vorliegenden Erfindung dafür, dass das Epoxid oder ein anderes fließfähiges Material in den porösen Faden eintritt, wodurch eine Anhaftung geschaffen wird.
Bei Füllung mit einem elektrisch oder thermisch leitfähigen Material schafft die Erfindung einen Faden mit erhöhtem Verhältnis von elektrischem und thermischem Widerstand zu Dichte. Darüber hinaus können, da die vorliegende Erfindung Fäden mit niedrigeren Dichten schafft, der Bereich, in dem man den Füllstoffgehalt und die Dichte entweder durch nachfolgendes Zusammendrücken oder Dehnen oder andere in der Technik bekannte Mittel variieren kann, die Leitfähigkeit des Fadens und sein Widerstand breiter variiert werden.
Hierin wurden zwar besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben, aber die vorliegende Erfindung sollte nicht auf derartige Veranschaulichungen und Beschreibungen beschränkt sein. Es sollte offensichtlich sein, dass Veränderungen und Abwandlungen als Teil der vorliegenden Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche eingesetzt und verkörpert werden können.

Claims

Zahnseide aufweisend eine Polytetrafluorethylen(PTFE)-Faser (20; 30) mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine Festigkeitsabnahme von weniger als 35%, was der prozentuale Festigkeitsverlust einer Faser nach Durchlaufen des Abriebtests, wie er in dem Teil "genaue Beschreibung" der Beschreibung in Verbindung mit den 6 und 7 beschrieben ist, ist, hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte weniger als etwa 0,6 × 10³ kg/m³ (0,6 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte weniger als etwa 0,5 × 10³ kg/m³ (0,5 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte weniger als etwa 0,4 × 10³ kg/m³ (0,4 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte weniger als etwa 0,3 × 10³ kg/m³ (0,3 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte weniger als etwa 0,2 × 10³ kg/m³ (0,2 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Dichte etwa 0,6 × 10³ kg/m³ (0,6 g/cc) beträgt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) expandiertes PTFE aufweist.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 0,91 kg (2,0 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 1,13 kg (2,5 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 1,36 kg (3,0 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 2,26 kg (5,0 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 3,40 kg (7,5 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeit von größer als etwa 4,53 kg (10 lbs) hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) hohl ist.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (30) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) abriebfest ist.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser eine mittlere Abrieb-Reißfestigkeit von größer als 1,2 × 10^–3 kg (2,8 × 10^–3 lbs) pro Denier hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine mittlere Abrieb-Reißfestigkeit von größer als 1,36 × 10^–3 kg (3,0 × 10^–3 lbs) pro Denier hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine mittlere Abrieb-Reißfestigkeit von größer als 1,8 × 10^–3 kg (4,0 × 10^–3 lbs) pro Denier hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine mittlere Abrieb-Reißfestigkeit von größer als 2,3 × 10^–3 kg (5,0 × 10^–3 lbs) pro Denier hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine mittlere Abrieb-Reißfestigkeit von etwa 2,7 × 10^–3 kg (6,0 × 10^–3 lbs) pro Denier hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeitsabnahme von weniger als 10% hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Festigkeitsabnahme von weniger als 5% hat.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der es eine Mehrzahl der Fasern (20; 30) gibt.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Faser (20; 30) einen oder mehrere Füllstoffe enthält.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Struktur aus einer expandierten PTFE-Matrix, die miteinander verbundene Durchlasse und Wege definiert, hat, und der eine oder die mehreren Füllstoffe in den Durchlassen und Wegen angeordnet sind.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der die Faser (20; 30) eine Struktur aus einer expandierten PTFE-Matrix, die miteinander verbundene Durchlasse und Wege definiert, hat, und der eine oder die mehreren Füllstoffe in der expandierten PTFE-Matrix angeordnet sind.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der die Faser (20; 30) einen mittigen Durchgang hat und der eine oder die mehreren Füllstoffe in dem mittigen Durchgang angeordnet sind.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der der eine oder die mehreren Füllstoffe ein den Griff verbesserndes Material aufweisen.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der der eine oder die mehreren Füllstoffe einen biologisch aktiven Inhaltsstoff aufweisen.
Zahnseide wie in Anspruch 29 definiert, bei der der eine oder die mehreren Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus einem Farbstoff und einem Geruchsstoff besteht.
Zahnseide nach Anspruch 30 mit einem oder mehreren Füllstoffen, die ausgewählt sind aus biologisch aktiven Inhaltsstoffen, Heilmitteln, antimikrobiellen Mitteln, Antibiotika, antibakteriellen Mitteln, Fungiziden, Zahnpflegemitteln, Mineralieneinbaumitteln, weißmachenden Mitteln, immunologischen Mitteln, Mitteln gegen Zahnstein, Mitteln gegen Karies, Mitteln gegen Plaque, Lysozymen, entzündungshemmenden Mitteln, blutstillenden Mitteln, schmerzstillenden Mitteln, den Griff verbessernden Materialien, Farbstoffen, Geruchsstoffen, Blutfaktoren, die die Gerinnungskaskade auslösen, und Gemischen davon.
Zahnseide nach Anspruch 30 mit einem oder mehreren Füllstoffen, die ausgewählt sind aus Aminocapronsäure, Tranexamsäure, Adrenalin, Alaun, Noradrenalin, Eisensalzen und Calciumalginat, Natrium-monofluorphosphat, Zinn(II)-fluorid, Chlorhexidin, Hexachlorophen, Cetyl-pyridiniumchlorid, Benzothoniumchlorid, Ureasen, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Orthophosphorsäure, Mononatriumphosphat, Monokaliumphosphat, Dinatriumphosphat, Dikaliumphosphat, Natrium-metaphosphat, Benzothoniumchlorid, Acetyl-trimethyl-ammoniumbromid, Sanguinarien, Triclosan, Tetracyclin, Cetyl-pyridiniumchlorid, Benzothoniumchlorid, einer Schmelzemulsion von Dimethicon und Gemischen davon.
Zahnseide nach Anspruch 30, bei der der eine oder die mehreren Füllstoffe Natriumfluorid, Siliciumdioxid und Tetranatrium-pyrophosphat sind.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, die außerdem mindestens eine Beschichtung über der Faser (20; 30) aufweist.
Zahnseide aufweisend mindestens eine Faser (20; 30) wie in Anspruch 1 definiert und mindestens eine andere Faser; bei der die eine Faser (20; 30) und die mindestens eine andere Faser zusammengedreht oder mit einem Bindemittel miteinander verbunden sind.
Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert, bei der die Zahnseide eine Oberfläche mit einer mittleren Rauigkeit von etwa 1,306 μm (1,306 Mikron), einem quadratischen Mittel der Rauigkeit von etwa 1,570 μm (1,570 Mikron) und einem Abstand von Erhebung zu Vertiefung von etwa 6,316 μm (6,316 Mikron) hat.
Seidenvorrichtung aufweisend eine Zahnseide wie in Anspruch 1 definiert.
Nähfaden aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Lager aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Buchse aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.
Webfaser aufweisend eine expandierte PTFE-Faser mit einem Denier zwischen 100 und 3500, einer Dichte von weniger als etwa 0,7 × 10³ kg/m³ (0,7 g/cc), einer Festigkeit von größer als etwa 0,68 kg (1,5 lbs) und einer Festigkeitsabnahme von weniger als 35%.