BE1030711B1

BE1030711B1 - Composietprofiel en gemengd garen voor het vervaardigen van composietprofielen

Info

Publication number: BE1030711B1
Application number: BE20225566A
Authority: BE
Inventors: Damme Jonas Fernand Huguette Van; Joost Wille
Original assignee: Sioen Ind
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-02-12
Also published as: BE1030711A1

Abstract

De onderhavige uitvinding betreft gemengd garen voor het vervaardigen van composietprofielen. Het gemengd garen is samengesteld uit glasvezel filamenten en thermoplastische filamenten vervaardigd uit een polymeermengsel van een eerste polyester en een van de eerste polyester verschillend tweede polymeer. De glastemperatuur van het polymeermengsel is ten minste 5°C hoger dan de glastemperatuur van de eerste polyester. Alternatief kan het gemengd garen samengesteld zijn uit glasvezel filamenten en thermoplastische filamenten vervaardigd uit de eerste polyester en thermoplastische filamenten vervaardigd uit de tweede polymeer. Het gewogen gemiddelde van de glasovergangstemperatuur van de thermoplastische filamenten is ten minste 5°C hoger dan de glastemperatuur van het eerste polyester.

Description

1 BE2022/5566

COMPOSIETPROFIEL EN GEMENGD GAREN VOOR HET

VERVAARDIGEN VAN COMPOSIETPROFIELEN

De onderhavige uitvinding betreft gemengd garen voor het vervaardigen van composietprofielen. De uitvinding heeft verder ook betrekking op composiet tape of composietprofiel die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies. De uitvinding heeft voorts ook betrekking op het gebruik van het composietprofiel als gevel-, raam- of deurprofiel.

Stand van de Techniek

Kunststofprofielen worden vaak gebruikt in gevelconstructies, meer in het bijzonder voor deurprofielen, raam profielen, balustraden, en dergelijk. De kunststofprofielen, vaak uit PVC vervaardigd, hebben onder andere het voordeel van een laag specifiek gewicht, massaproductie, snelle samenstelling en opstelling, en weerstand aan corrosie. Anderzijds hebben zij het nadeel een beperkte stijfheid bij hogere temperaturen te hebben. Ongelijke krimp ten gevolge van (een verschil in) thermische expansie bij productie resulteert bijvoorbeeld in kromme profielen. Bij een eenzijdige blootstelling aan verhoogde temperaturen tijdens gebruik kan diezelfde thermische expansie(verschillen) een oorspronkelijk recht profiel eveneens kromtrekken.

Om deze problemen te vermijden, kunnen de kunststofprofielen versterkt worden.

De versterking kan op verschillende manieren bewerkstelligd worden. In het ene geval worden de kunststofprofielen versterkt met staalprofielen. Deze kunststofprofielen hebben het nadeel veel zwaarder te zijn, wat een deel van het voordeel van het kunststofprofiel ontneemt, vragen twee soorten gereedschap om respectievelijk het PVC- gedeelte en het staalgedeelte te verwerken, verhoogde thermische geleiding en zeer moeilijk te recycleren bij end of life.

Anderzijds kunnen de kunststofprofielen worden gemaakt uit met (al dan niet continue) glasvezel versterkte kunststof. Het gebruik van korte glasvezel in de kunststof zelf geeft niet de gewenste stijfheid, en leidt tot verhoogde slijtage in de extrusie/pultrusie mal. Het toevoeren van continue glasvezelbundels tijdens te pultrusie leidt tot onvoldoende penetratie van PVC tussen de interstitiële holtes van de bundel, leidend tot een onvoldoende stijfheid.

2 BE2022/5566

Bijvoorbeeld octrooipublicatie BE 1002738 openbaart composietprofielen samengesteld uit een hoofdprofiel en een versterkingsprofiel, waarbij het versterkingsprofiel samengesteld is uit een met glasvezels versterkt thermohardend hars.

Deze composietprofielen hebben het nadeel dat ze tijdens gebruik vaak blootgesteld worden aan variërende weersomstandigheden. Ten gevolge van schommelende temperaturen kunnen vervormingen (kromming en kromtrekking) van de profielen optreden. In het bijzonder kunststofprofielen met een donkergekleurd buitenoppervlak zijn sterk onderhevig aan deze vervormingen. Daarenboven geeft de thermoset versterking problemen bij de recyclage.

Stand der techniek vandaag is het gebruik van een glasvezel bundel geintermingled met PET (polyethylenephtalaat). Gezien PET een goede compatibiliteit heeft met PVC, verkrijgt men tijdens het pultrusieproces een glasbundel partieel geïmpregneerd met

PET, met een goede adhesie aan de PVC matrix. Het nadeel van PET is echter de nog te lage glastransitietemperatuur, waardoor bij blootstellingen van de profielen aan temperaturen boven de 70°C deze terug neigen krom te trekken.

Doel van de uitvinding

De huidige uitvinding en de geprefereerde uitvoeringsvormen ervan hebben tot doel een oplossing te bieden voor één of meerdere van de voornoemde nadelen. Een doel van de uitvinding kan daarom zijn om composietprofielen van het hiervoor genoemde type te verschaffen die vervorming ervan voorkomt. Een verder doel van de uitvinding kan daarom zijn om garen te verschaffen die geschikt zijn om composietprofielen te vervaardigen of te versterken.

Beschrijving van de uitvinding

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met gemengd garen die de technische kenmerken van een van de onafhankelijke conclusies vertoont. Hiertoe betreft de huidige uitvinding gemengd garen voor het vervaardigen van composietprofielen. De uitvinding heeft verder ook betrekking op composiet tape of composietprofiel die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies. De uitvinding heeft voorts ook betrekking op het gebruik van het composietprofiel als gevel-, raam- of deurprofiel.

3 BE2022/5566

In een eerste aspect van de uitvinding, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, omvat de uitvinding gemengd garen (Eng: Comingled yarn, Intermingled yarn) voor het vervaardigen van composietprofielen. Zoals hierin gebruikt heeft de term "gemengd garen", tenzij anderszins aangegeven, betrekking op garen is gemaakt van twee of meer filamenten van een verschillend materiaal. Het gemengd garen is samengesteld uit glasvezel filamenten en thermoplastische filamenten vervaardigd uit een, bij voorkeur nagenoeg homogeen, polymeermengsel van een eerste polyester en een van de eerste polyester verschillend tweede polymeer, waarbij de glasovergangstemperatuur van het polymeermengsel ten minste 5°C hoger is dan de glastemperatuur van de eerste polyester. Alternatief kan het gemengd garen samengesteld zijn uit glasvezel filamenten en thermoplastische filamenten vervaardigd uit de eerste polyester en thermoplastische filamenten vervaardigd uit het tweede polymeer, waarbij het gewogen gemiddelde van de glasovergangstemperatuur van de thermoplastische filamenten ten minste 5°C hoger is dan de glastemperatuur van de eerste polyester.

Het tweede polymeer kan een polymeer zijn met een glasovergangstemperatuur die ten minste 10°C hoger is dan de glastemperatuur van de eerste polyester, en bij voorkeur compatible met polyethyleentereftalaat (PET) en met polyvinyl chloride (PVC). Het tweede polymeer kan gekozen zijn uit de groep omvattende: acrylonitril-butadieen- styreen (ABS), acrylonitril/styreen/acrylester (ASA), polycarbonaat (PC), polyoxymethyleen (POM), polymethylmethacrylaat (PMMA), en styreen-acrylonitril (SAN). Het tweede polymeer kan een tweede polyester zijn, bv. thermoplastisch polyester filamenten geëxtrudeerd uit een mengsel van polyethyleentereftalaat (PET) met minstens één tweede thermoplastische polyester geselecteerd uit de groep die de volgende stoffen omvat: polybutyleentereftalaat (PBT), polytrimethyleentereftalaat (PTT), ook gekend als polypropyleentereftalaat (PTT), polyethyleennaftalaat (PEN), en polyethyleenfuranoaat(PEF).

Het begrip “polymeermengsel” zoals hierin gebruikt verwijst naar een klasse van materialen die analoog zijn aan metaallegeringen, waarbij ten minste twee polymeren met elkaar worden gemengd om een nieuw materiaal met verschillende fysieke eigenschappen te creëren. Het begrip “homogeen polymeermengsel” zoals hierin gebruikt verwijst naar een polymeermengsel dat een éénfasige structuur heeft. In dit geval wordt één glasovergangstemperatuur waargenomen.

4 BE2022/5566

In casu, mengen beide polyesters op moleculair niveau. De verhoudingen tussen beide polymeren resulteert in andere eigenschappen van het polymeermengsel. Door de hiermee vervaardigde polymere filamenten samen te spinnen met de glasfilamenten , kan een zogenaamd co-mingled garen worden gemaakt als halffabricaat voor composiet producten. Derhalve kunnen producten met specifieke eigenschappen, in het bijzonder zeer hoge stijfheid en sterkte, worden gemaakt met dit halffabricaat.

Een eerste uitvoeringsvorm, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, betreft een voornoemd gemengd garen, waarbij het aandeel thermoplastisch polyester filamenten in de samenstelling gelegen is tussen 10 wt% en 50 wt%, bij voorkeur tussen 20 wt% en 40 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 30 wt%; en/of waarbij het aandeel glasvezel filamenten in de samenstelling gelegen is tussen 50 wt% en 90 wt%, bij voorkeur tussen 60 wt% en 80 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 70 wt%.

Een tweede uitvoeringsvorm, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, betreft een voornoemd gemengd garen, waarbij het aandeel eerste polyester (a) in de thermoplastische filamenten gelegen is tussen 5 wt% en 70 wt%, bij voorkeur tussen 10 wt% en 50 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 30 wt%; en/of waarbij het aandeel tweede polymeer (b) in de thermoplastische filamenten gelegen is tussen 30 wt% en 95 wt%, bij voorkeur tussen 50 wt% en 90 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 70 wt%.

Een derde uitvoeringsvorm, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, betreft een voornoemd gemengd garen, waarbij het eerste polyester polyethyleentereftalaat (PET) betreft; en/of waarbij het tweede polymeer polyethyleennaftalaat (PEN) betreft. In deze uitvoeringvorm heeft het polmeermengsel een glastransitietemperatuur die hoger ligt dan dat van het gebruikte PET.

In een tweede aspect van de uitvinding, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, omvat de uitvinding een composiet tape die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies. De tape kan door pultrusie worden bekomen of via een thermisch opwarmen van de glas/polymeer vezelbundel en kalibratie na verweking/smelten van het polymeer

In een derde aspect van de uitvinding, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, omvat de uitvinding een composietprofiel die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit 5 gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies. Het composietprofiel kan door pultrusie worden bekomen.

In een vierde aspect van de uitvinding, welke kan optreden in combinatie met de andere aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvinding die hierin worden beschreven, omvat de uitvinding het gebruik van het voornoemde composietprofiel als gevel-, raam- of deurprofiel.

Korte beschrijving van de figuren

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden.

Figuur 1 toont een vereenvoudigde voorstelling van een inrichting voor het vervaardigen van thermoplastische filamenten vervaardigd uit een homogeen polymeermengsel volgens een uitvoeringsvorm van de huidige uitvinding;

Uitgebreide beschrijving van de figuren

De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot bepaalde uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen maar de uitvinding is daartoe niet beperkt en wordt enkel door de conclusies bepaald. De beschreven tekeningen zijn enkel schematisch en niet-beperkend. In de tekeningen kan de grootte van bepaalde elementen overdreven en niet op schaal getekend zijn voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen stemmen niet noodzakelijk overeen met werkelijke praktijkuitvoeringen van de uitvinding.

Bovendien worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen gelijkaardige elementen en niet noodzakelijkerwijze om een sequentiële of chronologische volgorde te beschrijven.

De termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de

6 BE2022/5566 uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere sequenties dan hierin beschreven of geïllustreerd toegepast worden.

Daarenboven worden de termen bovenaan, onderaan, over, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor illustratieve doeleinden en niet noodzakelijkerwijze om relatieve posities te beschrijven. De aldus gebruikte termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere oriënteringen dan hierin beschreven of geïllustreerd worden toegepast.

Verder dienen de verschillende uitvoeringsvormen, hoewel genoemd als “voorkeursvormen”, eerder te worden opgevat als wijze van voorbeeld waarop de uitvinding kan uitgevoerd worden dan als een beperking van de reikwijdte van de uitvinding.

De term “omvattend”, gebruikt in de conclusies, dient niet geïnterpreteerd te worden als zijnde beperkt tot de erna vermelde middelen of stappen; de term sluit andere elementen of stappen niet uit. De term dient geïnterpreteerd te worden als specificerend voor de aanwezigheid van de genoemde kenmerken, elementen, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen, maar sluit de aanwezigheid of de toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, elementen, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. De draagwijdte van de uitdrukking “een inrichting omvattende middelen A en

B” dient dus niet te worden beperkt tot inrichtingen die enkel uit de componenten A en

B bestaan. De betekenis is dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding alleen de componenten A en B van de inrichting opgesomd worden, en de conclusie dient verder zo geïnterpreteerd te worden dat ze ook equivalenten van deze componenten bevat.

Figuur 1 toont een inrichting voor het vervaardigen van thermoplastische filamenten vervaardigd uit een polymeermengsel. De inrichting omvat een extruder 10 om een kunststof in gesmolten vorm aan een matrijs in de vorm van een spindop (Eng:

Spinneret) te leveren. Deze matrijs bevat een groot aantal microscopische gaten die helpen om het gesmolten polymeer in dunne strengen te vormen.

De extruder wordt gevoed met kunststof in vaste vorm (granulaat) en levert gesmolten kunststof onder druk af. Het granulaat 5 dat geëxtrudeerd moet worden wordt in een trechter 11 (Eng: Hopper) gegooid of in een grote bak. Deze trechter wordt voortdurend voorzien van nieuw granulaat 5 dat naar beneden valt of wordt gedrukt. Het granulaat

7 BE2022/5566 kan gevormd worden door één granulaat van het polymeermengsel of twee afzonderlijke granulaten van verschillende polyesters die samen het polymeermengsel vormen. Indien meerder types granulaat gebruikt worden kunnen deze via dezelfde trechter 11 of via verschillende trechters (niet getoond) toegevoegd worden.

Het granulaat dat naar beneden wordt beweegt komt in een ruimte terecht waarin een extrudeerspindel 12 aanwezig is. Deze extrudeerspindel 12 heeft de vorm van een schroef en drukt tijdens het ronddraaien het granulaat 5 door de spindop 20. Het aandrukken van het granulaat door de extrudeerspindel 12 gebeurd onder een hoge druk. De ontstane temperatuur door de wrijving en druk is zo hoog dat het granulaat 5 smelt. Het gesmolten granulaat 5’ krijgt in de spindop 20 de gewenste vorm.

Wanneer deze filamenten de spindop 20 verlaten, passeren ze onmiddellijk voor een koude luchtblazer 30, die de filamenten snel afkoelt en stolt. Vanaf hier reizen ze naar een reeks rollen 40, die de filamenten spinnen of mechanisch bundelen tot rollen garen.

Afhankelijk van de toepassing kunnen sommige van deze machines meerdere strengen samen draaien om een dikkere vezel te creëren.

Claims

8 BE2022/5566 Conclusies l. Gemengd garen voor het vervaardigen van composietprofielen, dat samengesteld is uit glasvezel filamenten en: e ofwel thermoplastische filamenten vervaardigd uit een polymeermengsel van ten minste een eerste polyester en een van de eerste polyester verschillend tweede polymeer, waarbij de glasovergangstemperatuur Tg van het polymeermengsel hoger is dan de glastemperatuur van de eerste polyester Tg 1; of e thermoplastische filamenten vervaardigd uit de eerste polyester en thermoplastische filamenten vervaardigd uit de tweede polymeer, waarbij het gewogen gemiddelde van de glasovergangstemperatuur Tg van de thermoplastische filamenten hoger is dan de glastemperatuur van het eerste polyester Tg 1.
2. Gemengd garen volgens conclusie 1, waarbij de glasovergangstemperatuur Tg van het polymeermengsel hoger is dan 85°C; of waarbij het gewogen gemiddelde van de glasovergangstemperatuur Tg van de thermoplastische filamenten hoger is dan 85°C.
3. Gemengd garen volgens conclusie 2, waarbij de glasovergangstemperatuur Tg van het polymeermengsel hoger is dan 100°C; of waarbij het gewogen gemiddelde van de glasovergangstemperatuur Tg van de thermoplastische filamenten hoger is dan 100°C.
4. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het aandeel thermoplastisch filamenten in de samenstelling gelegen is tussen 10 wt% en 50 wt%, bij voorkeur tussen 20 wt% en 40 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 30 wt%.
5. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het aandeel glasvezel filamenten in de samenstelling gelegen is tussen 50 wt% en 90 wt%, bij voorkeur tussen 60 wt% en 80 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 70 wt%.
6. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het aandeel eerste polyester (a) in de thermoplastische filamenten gelegen is tussen 1 wt% en 95 wt%, bij voorkeur tussen 50 wt% en 90 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 70 wt%.

9 BE2022/5566
7. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het aandeel tweede polymeer (b) in de thermoplastische filamenten gelegen is tussen 1 wt% en 99 wt%, bij voorkeur tussen 10 wt% en 50 wt%, en nog meer bij voorkeur ongeveer 30 wt%.
8. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het eerste polyester polyethyleentereftalaat, PET, betreft.
9. Gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het tweede polymeer een tweede polyester, bij voorkeur polybutyleentereftalaat, PBT, polytrimethyleentereftalaat, PTT, polyethyleennaftalaat, PEN, of polyethyleenfuranoaat, PEF, betreft.
10. Composiet tape die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies.
11. Composiet tape volgens conclusie 10, waarbij de tape door extrusie of pultrusie werd bekomen.
12. Composietprofiel die ten minste gedeeltelijk is vervaardigd uit gemengd garen volgens een van de voorafgaande conclusies.
13. Composietprofielen volgens conclusie 12, waarbij het composietprofiel door pultrusie werd bekomen.
14. Gebruik van het composietprofiel volgens conclusie 13 als gevel-, raam- of deurprofiel.
15. Werkwijze voor het vervaardigen van gemengd garen volgens conclusie 1, omvattende: het extruderen tot thermoplastische filamenten van een polymeermengsel van een eerste polyester (a) en een van de eerste polyester (a) verschillend tweede polymeer (b) met behulp van een extruder, en

10 BE2022/5566 het mechanisch bundelen van de thermoplastische filamenten samen met de glasfilamenten, met het kenmerk, dat het polymeermengsel aan de extruder wordt toegevoerd in de vorm van een granulaat van het polymeermengsel.
16. Werkwijze voor het vervaardigen van gemengd garen volgens conclusie 1, omvattende: het extruderen tot thermoplastische filamenten van een polymeermengsel van een eerste polyester (a) en een van de eerste polyester (a) verschillend tweede polymeer (b) met behulp van een extruder, en het mechanisch bundelen van de thermoplastische filamenten samen met de glasfilamenten, met het kenmerk, dat het polymeermengsel aan de extruder wordt toegevoerd in de vorm van een eerste granulaat van het eerste polyester (a) en een tweede granulaat van het tweede polymeer (b).
17. Werkwijze volgende conclusie 16, waarbij het eerste granulaat en het tweede granulaat afzonderlijk worden toegevoegd.