BE1021268B1

BE1021268B1 - Werkwijze voor het produceren van composietgaren

Info

Publication number: BE1021268B1
Application number: BE2014/0267A
Authority: BE
Inventors: Pascal Vantomme; Johan Vroman
Original assignee: Copaco Nv
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-10-14

Abstract

WERKWIJZE VOOR HET PRODUCEREN VAN COMPOSIETGAREN. De huidige uitvinding omvat een werkwijze voor het produceren van een composietgaren, omvattende een gesponnen glasvezel en een coating van polyvinylchloride (PVC). Deze werkwijze produceert composiet vezels met een superieure aanhechting tussen coating en vezel en een garen met een hoge dimensionele stabiliteit. Hierdoor is het composietgaren uiterst geschikt voor gebruik in vloer en muurbedekking.

Description

WERKWIJZE VOOR HET PRODUCEREN VAN COMPOSIETGAREN Technisch domein

De onderhevige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het produceren van een composietgaren vervaardigd uit Polyvinylchloride (PVC) en glasvezel en op een composietgaren met een hoge slijtvastheid. Het composietgaren volgens de uitvinding heeft eigenschappen die toelaten om het garen onder andere te verwerken tot vloer- en muurbedekking.

Stand der techniek

Het coaten van gesponnen glasvezels met een polymeer hars is een wel gekende techniek. Hierbij wordt een laagje polymeer aangebracht rond de glasvezels en ontstaat er een versterkt composietgaren met het uiterlijk van polymeer, maar met verbeterde mechanische eigenschappen. Sommige toepassingen stellen echter grotere eisen aan de slijtvastheid en kwaliteit van deze composietgarens. Zo stelt het gebruik van deze composietgarens in vlak geweven doek voor vloerbedekking hoge eisen aan slijtvastheid en moet de dimensionele stabiliteit van de garens hoog zijn.

De werkwijze in EP 0 393 536 A2 om deze composietgarens te maken bestaat er in de gesponnen vezel door een bad van gesmolten hars te halen dat gevoed wordt door een extruder. Vervolgens wordt de gesponnen vezels die voorzien zijn van een laag nog vloeibaar hars door een mondstuk geleid om zo de uiteindelijke vorm van het composietgaren te bepalen. Het composietgaren wordt door een koelbad geleid wat er voor zorgt dat het hars uithard. Het is een gekend probleem dat de slijtvastheid van deze composietgarens niet hoog is en dat het gebruik van deze garens limiteert. De oorzaak van de lage slijtvastheid heeft zijn oorsprong tijdens het productie proces, door een lage hechting tussen het oppervlak van de vezels en het gesmolten hars. Dit leidt tot luchtbellen en onderbrekingen in de coating en leidt uiteindelijk tot een zwakke verbinding tussen glasvezel en hars.

Om de hechting tussen de vezels en het hars te verhogen en zo een hogere slijtvastheid te bekomen, werden verschillende verbeteringsoctrooien ingediend. Tot op heden is er nog steeds geen technologie beschikbaar die eën garen produceert met een goede slijtvastheid en een hoge dimensionele stabiliteit. Zo zijn er technologieën waar een nabehandeling plaatsvind met de nog in vloeibaar hars gecoate glasvezels. Hierbij wordt ofwel de druk opgevoerd ofwel wordt de vezel door een vacuüm geleid bij een verhoogde temperatuur. Deze 2 methodes verwijderen de luchtbellen in de coating maar leiden tot een oneffen oppervlak, hierdoor is de aanhechting van de coating beter maar het oneffen oppervlak is gevoeliger voor slijt. Bovendien verbruiken deze technologieën veel energie en vertragen deze het productieproces aanzienlijk.

Een ander technologie (US 5 236 646) verhoogt de temperatuur van het vloeibare hars waardoor de viscositeit verlaagt wat een hogere affiniteit tussen vezel en hars tot gevolg heeft. Het grote nadeel hierbij is dat het hars deels begint te ontbinden waardoor de eigenschappen van het hars veranderen. Ook het toevoegen van weekmakers (US 4 783 349, US 4 735 828 en US 4 624 886) om de viscositeit van het vloeibare hars te verhogen en het natmaken van de glasvezels met een weekmaker wordt toegepast. Het nadeel hierbij is dat de weekmakers uiteindelijk in het bekomen composietgaren terecht komt en dit een verandering van mechanische eigenschappen te weeg brengt. In US 5 213 889 lukt het coaten met polymeren met lage moleculaire gewichten beter omdat deze een hogere viscositeit hebben bij een zelfde temperatuur van verwerken dan een polymeer met een hoog moleculair gewicht. Ook hier wordt een garen geproduceerd met een hogere aanhechting van coating aan de vezels, maar de coating zelf met een polymeer met een lager moleculair gewicht is meer gevoelig voor slijt en is minder duurzaam. In EP 1 007 309 BI wordt de glasvezel verhit tot een temperatuur boven de temperatuur van het gesmolten hars alvorens het coaten, dit verhoogt de affiniteit tussen het hars en de glasvezel en resulteert in een betere slijtvastheid. Deze technologie voorziet echter niet in een oplossing om. een dimensioneel stabiel garen te bekomen.

De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor tenminste enkele van bovenvermelde problemen.

Samenvatting van de uitvinding

In een eerste aspect voorziet de uitvinding in een werkwijze voor het produceren van een composietgaren, omvattende een gesponnen glasvezel bij voorkeur dikker dan 5 micron, bij voorkeur dunner dan 1000 micron en een coating van

Polyvinylchloride (PVC) bij voorkeur dikker dan 100 micron en bij voorkeur dunner dan 2000 micron. De werkwijze omvat de volgende stappen: . - het verwarmen van de gesponnen glasvezel tot een eerste temperatuur; - de nog warme gesponnen glasvezel door een gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars op een tweede temperatuur halen; het gesmolten hars omheen de gesponnen glasvezel laten stollen in een koelbad.

Waarbij de eerste temperatuur hoger is dan de tweede temperatuur en de temperatuur van het koelbad lager is dan 30°C.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding in een composietgaren geproduceerd volgens een hierboven beschreven werkwijze. Het composietgaren omvat een gesponnen glasvezel dikker dan 5 micron, dunner dan 1000 micron en een coating van Polyvinylchloride (PVC) dikker dan 100 micron en dunner dan 2000 micron.

In een voorkeursuitvoeringsvorm bezit het composietgaren over minstens één van de volgende eigenschappen: - een slijtvastheid corresponderende met een massaverlies kleiner dan 30 g/m2 gemeten volgens een Lisson test EN 1963:2007 wanneer het garen gebruikt is als toplaag in een vloerbedekkingsmateriaal; - de Polyvinylchloride coating heeft een afschuifkracht van meer dan 20 N volgens een test - waarbij een gecoat garen met een lengte van 15 cm aan'één einde tussen twee niet geweven polyester (PES) strips van 2 cm breed en over een lengte van 2 cm verlijmd is met een polyacrylaat lijm, - waarbij het andere einde in een klem van een trekbank wordt geplaatst zodat er 15 cm gecoat garen overblijft, - waarbij tussen de strips en het gareneinde een kracht aangebracht en gemeten wordt.

Ofwel breekt hierbij het garen en de PVC coating, ofwel schuift het garen uit de coating. Deze kracht wordt de afschuifkracht genoemd.

Beschrijving van de figuren

Figuur 1 toont een opstelling voor de productie van composietgarens volgens de uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving

In een eerste aspect voorziet de uitvinding in een werkwijze voor het produceren van een composietgaren, omvattende een gesponnen glasvezel bij voorkeur dikker dan 5 micron, bij voorkeur dunner dan 1000 micron en een coating van Polyvinylchloride (PVC) bij voorkeur dikker dan 100 micron en bij voorkeur dunner dan 2000 micron. De werkwijze omvat de volgende stappen: het verwarmen van de gesponnen glasvezel tot een eerste temperatuur; - de nog warme gesponnen glasvezel door een gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars op een tweede temperatuur halen; het gesmolten hars omheen de gesponnen glasvezel laten stollen in een koelbad.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een opstelling omvattende een oven, een extruder dat vloeibaar Polyvinylchloride voedt naar een spuitstuk waar de gesponnen glasvezel doorloopt en een koelbad gevuld met bij voorkeur water als koelvloeistof.

In een voorkeursuitvoeringsvorm bestaat een eerste stap uit het opwarmen van de gesponnen glasvezel tot een temperatuur tussen 200°C en 300°C, bij voorkeur 250°C in een oven dat zich net voor de vezelinlaat van het spuitstuk bevind. Hierdoor behoudt het gesmolten Polyvinylchloride hars zijn hoge temperatuur en behoudt het zijn lage viscositeit. Er wordt een thermo shock vermeden en het gesmolten Polyvinylchloride hars dringt beter in de glasvezelbundel. Zo verhoogt de hechting tussen de glasvezels en het gesmolten Polyvinylchloride hars. De hoge temperatuur verwijderd vluchtige componenten en gassen die aan, en tussen de verschillende glasvezels aanwezig zijn. Dit leidt tot een betere coating, met minder luchtbellen of onderbrekingen in het Polyvinylchloride omhulsel. Wat voor een hogere slijtvastheid en aanhechting tussen coating en vezel zorgt dan de klassieke composietgarens. De opwarming voorkomt ook een thermo-shock effect wat voor spanningen in het afgewerkte product zorgt. Wanneer een koude glasvezel in contact wordt gebracht met een gesmolten hars van 175°C heeft de glasvezel eerst tijd nodig om zich aan deze temperatuur aan te passen zo niet zal er een slechte hechting van het hars aan de glasvezel optreden en zullen er inwendige spanningen in het garen aanwezig zijn.

Hierna wordt de opgewarmde glasvezel door het extrusie-spuitstuk getrokken waarbij de glasvezel in contact komt met gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars op een temperatuur tussen 125°C en 190°C, bij voorkeur 175°C. In een voorkeursuitvoeringsvorm is in het spuitstuk een reservoir voor vloeibaar hars voorzien met een lengte van 4 mm. De snelheid waarmee de gesponnen glasvezel door het reservoir van gesmolten hars beweegt is zo gekozen dat de gesponnen glasvezels bij voorkeur korter dan 10 milliseconden (ms) in contact is met het gesmolten hars, bij meer voorkeur korter dan 5 ms, en bij meest voorkeur korter dan 1 ms.

In een voorkeursuitvoeringsvorm beweegt de gesponnen glasvezel zich door het gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars aan een snelheid tussen 100 m/min en 900 m/min, bij voorkeur rond 500 m/min.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het reservoir in het spuitstuk gevoed door 2 extruders. Hierdoor kan de coating opgebouwd worden uit 2 verschillende soorten hars, bij voorbeeld 2 verschillende kleuren Polyvinylchloride harsen of harsen met verschillende mechanische eigenschappen.

De nog warme gecoate vezel wordt direct afgekoeld in een koelbad, wat er voor zorgt dat het composietgaren op een gecontroleerde manier afkoelt. Door het koelbad worden garens bekomen met uniforme eigenschappen en hebben externe omstandigheden zoals omgevingstemperatuur geen invloed op de eigenschappen van de composietgarens. Het hars wordt door het koelbad snel onder zijn glastransitietemperatuur gebracht wat er voor zorgt dat er minder spanningen in het materiaal kunnen opgebouwd worden en dus een verminderde potentiële krimp aanwezig is in het composietgaren. Onder de glastransitietemperatuur kunnen de polymeermoleculen niet meer bewegen ten opzichte van elkaar en dus ook geen geordende onderlinge oriëntatie aannemen wat voor extra spanningen zorgt. In een voorkeursuitvoeringsvorm bevindt het composietgaren zich korter dan 2 seconden in het koelbad, bij voorkeur korter dan 1 seconde. Een bijkomend voordeel van de aanwezigheid van het koelbad is dat het composietgaren korter na het verlaten van het extrusie spuitstuk kan worden opgerold zonder dat hierbij vervormingen en versmeltingen van de composietgaren optreden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het koelbad opgebouwd uit verschillende segmenten waardoor continu verse koelvloeistof stroomt. Hierdoor kan de temperatuur van de koelvloeistof makkelijker beheerst worden en is er meer controle over het afkoelen van het composietgaren.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de dikte van het afgewerkte composietgaren gemeten nadat die het koelbad verlaten heeft, afwijkingen in dikte worden gecompenseerd door de gesponnen glasvezel sneller of trager door het vloeibaar hars te laten gaan.

In een voorkeursuitvoeringsvorm bezit het composietgaren over minstens één van de volgende eigenschappen: een slijtvastheid corresponderende met een massaverlies kleiner dan 30 g/m2 gemeten volgens een Lisson test EN 1963:2007 wanneer het garen gebruikt is als toplaag in een vloerbedekkingsmateriaal; - de Polyvinylchloride coating heeft een afschuifkracht van meer dan 20 N volgens een test: o waarbij een gecoat garen met een lengte van 15 cm aan één einde tussen twee niet geweven polyester (PES) strips van 2 cm breed en over een lengte van 2 cm verlijmd is met een polyacrylaat lijm, o waarbij het andere einde in een klem van een trekbank wordt geplaatst zodat er 15 cm gecoat garen overblijft, o waarbij tussen de strips en het gareneinde een kracht aangebracht en gemeten wordt.

Wanneer vezel materialen verwerkt worden tot garens bouwen er zich inwendige spanningen op. Deze spanningen kunnen op termijn ontladen wat wijzigingen van dimensies van het eindproduct te weeg brengt. Temperatuurverschillen en vochtigheidsverschillen kunnen deze ontladingen uitlokken. De dimensie veranderingen ten gevolge van deze mogelijke ontladingen noemt men de potentiële krimp. Deze worden volgens EN 434:1995 en EN 1903:2008 gemeten. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de potentiële krimp van het eindproduct volgens de uitvinding onder 0,2 % van de oorspronkelijke dimensie.

Het composietgaren volgens de uitvinding met een lage potentiële krimp en een hoge slijtvastheid voldoet aan alle criteria om gebruikt te worden in vloer of muür bedekking.

In een derde aspect voorziet de uitvinding in een weefsel geweven uit een composietgaren zoals hierboven beschreven.

In een vierde aspect voorziet de uitvinding in een vloerbedekking omvattende een weefsel zoals hierboven beschreven en bij voorkeur één van volgende onderlagen: een vloerband, een vloertegel of een kliksysteem. Deze onderlagen zijn bij voorkeur uit Polyvinylchloride gemaakt.

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende voorbeelden die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.

VOORBEELDEN

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen van een willekeurig uitvoeringsvoorbeeld, waartoe de uitvinding zich niet beperkt. VOORBEELD 1:

Een gesponnen glasvezel met een diameter tussen 100 en 200 micron wordt verwarmd tot 250°C alvorens het door een extrusie-spuitstuk geleid wordt waarin het in contact wordt gebracht met vloeibare Polyvinylchloride (PVC) op een temperatuur van 175°C. Direct na het verlaten van het extrusie-spuitstuk wordt de gecoate vezel door een koelbad geleid op een temperatuur van 20°C.

De bekomen composietgaren heeft een dikte van 300 micron, een slijtvastheid < 30 g/m2 gemeten volgens EN 1963:2007 LISSON en een potentiële krimp kleiner dan 0,2 % van de oorspronkelijke afmetingen. VOORBEELD 2: Meten van de afschuifkracht

Hiervoor wordt de gecoate vezel met een lengte van 15 cm aan één einde tussen twee niet geweven polyester (PES) strips van 2 cm breed en over een lengte van 2 cm verlijmd met een polyacrylaat lijm. Het andere einde wordt in een klem van een trekbank geplaatst zodat er 15 cm gecoat garen overblijft. Tussen de strips en het gareneinde wordt een kracht aangebracht en deze wordt gemeten, Ofwel breekt het garen en de PVC coating, ofwel schuift het garen uit de coating. Deze kracht wordt de afschuifkracht genoemd en is weergegeven in onderstaande tabel.

VOORBEELD 3:

Lisson test (EN 1963:2007), hierbij werden de garens verwerkt in een toplaag in een vloerbedekkingsmateriaal. De garens werden verweven tot een vlak geweven doek, gevolgd door een thermofixatie proces waardoor de garens aan elkaar versmelten. Dit doek werd aangebracht op een met niet geweven glasvezel versterkte, drager met een plastisol. Waarna dit geheel terug werd aangebracht op een Polyvinylchloride plastisol onderlaag. Er werd over gewaakt dat alle parameters in dit proces de zelfde zijn voor de 2 verschillende garens.

VOORBEELD 4:

Figuur 1 geeft een opstelling weer voor het produceren van een composietgaren volgens de uitvinding.

Het is verondersteld dat de huidige uitvinding niet beperkt is tot de uitvoeringsvormen die hierboven beschreven zijn en dat enkele aanpassingen of veranderingen aan de beschreven voorbeelden kunnen toegevoegd worden zonder de toegevoegde conclusies te herwaarderen. Bijvoorbeeld, de huidige uitvinding werd beschreven met verwijzing naar een gesloten weefsel, maar het mag duidelijk zijn dat de uitvinding kan toegepast worden op bijvoorbeeld een open weefsel. \

Claims

Conclusies

1. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren, omvattende een gesponnen glasvezel bij voorkeur dikker dan 5 micron, bij voorkeur dunner dan 1000 micron en een coating van Polyvinylchloride (PVC) bij voorkeur dikker dan 100 micron en bij voorkeur dunner dan 2000 micron, omvattende volgende stappen: - het verwarmen van de gesponnen glasvezel tot een eerste temperatuur; - de nog warme gesponnen glasvezel door een gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars op een tweede temperatuur halen; - het gesmolten hars omheen de gesponnen glasvezel laten stollen in een koelbad; waarbij de eerste temperatuur hoger is dan de tweede temperatuur en de temperatuur van het koelbad lager is dan 30°C.
2. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de eerste temperatuur tussen de 200°C en 300°C is, bij voorkeur 250°C.
3. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens conclusies 1 of 2 met het kenmerk dat de tweede temperatuur tussen de 125°C en 190°C is, bij voorkeur 175°C.
4. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars aangevoerd wordt door 2 afzonderlijke extruders.
5. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de gesponnen glasvezel in contact is met gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars voor een periode korter dan 10 milliseconden (ms) bij voorkeur korter dan 1 ms.
6. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de periode dat de gecoate vezel zich in het koelbad bevindt een lengte heeft van minder dan 2 seconden.
7. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het koelbad uit meerdere segmenten bestaat.
8. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de snelheid waarmee de vezel door het gesmolten hars gaat bepaald wordt door een dikte meting na het verlaten van het koelbad.
9. Een werkwijze voor het produceren van een composietgaren volgens minstens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de snelheid waarmee de gesponnen glasvezel door het gesmolten Polyvinylchloride (PVC) hars gehaald wordt tussen de 100 m/min en 900 m/min is, bij voorkeur rond 500 m/min.
10. Een composietgaren geproduceerd volgens minstens één der conclusies 1 tot 7, omvattende een gesponnen glasvezel dikker dan 5 micron, dunner dan 1000 micron en een coating van Polyvinylchloride (PVC) dikker dan 100 micron en dunner dan 2000 micron.
11. Een composietgaren volgens conclusie 10, met een slijtvastheid corresponderende met een massaverlies kleiner dan 30 g/m2 gemeten volgens een Lisson test EN 1963:2007 wanneer dit garen als toplaag in vloerbedekking wordt toegepast.
12. Een composietgaren volgens minstens één der conclusies 10-11, met het kenmerk, dat de Polyvinylchloride coating een afschuifkracht heeft van meer dan 20 N volgens een test: - waarbij een gecoat garen met een lengte van 15 cm aan één einde tussen twee niet geweven polyester (PES) strips van 2 cm breed en over een lengte van 2 cm verlijmd is met een polyacrylaat lijm, - waarbij het andere einde in een klem van een trekbank worden geplaatst zodat er 15 cm gecoat garen overblijft, - waarbij tussen de strips en het gareneinde een kracht aangebracht en gemeten wordt, waarbij hierbij ofwel het garen en de PVC coating breekt, ofwel het garen uit de coating schuift, waarbij de kracht de afschuifkracht wordt genoemd.
13. Een weefsel geweven uit een composietgaren volgens minstens één der conclusies 10-12.
14. Een vloerbedekking omvattende een weefsel volgens conclusie 13 en bij voorkeur één van volgende onderlagen: een vloerband, een vloertegel of een kliksysteem.