CH640777A5

CH640777A5 - Verstaerkungsfasern auf kunststoff-basis und verfahren zu ihrer herstellung.

Info

Publication number: CH640777A5
Application number: CH635979A
Authority: CH
Inventors: Jorgen Balslev; Laust Orum Madsen
Original assignee: Holm Varde As
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1984-01-31
Also published as: NL7905303A; FI72331C; FR2430465B1; FR2430465A1; ES482288A1; NL188589C; LU81471A1; NL188589B; FI792145A; BR7904356A; IT1122057B; DE2927238C2; NO153226C; GB2026379B; IT7924177A0; DE2927238A1; US4310478A; NO153226B; NO792253L; GB2026379A

Description

Die Erfindung betrifft Verstärkungsfasern auf Kunst-stoff-Basis, die sich als Faserverstärkung in Verbundmaterialien mit einer Matrix aus einem anorganischen Bindemittel, wie Portland-Zement, Aluminiumoxid-Zement, Flugaschen-Zement, Kalk, Gips, Diatomeenerde, Puzolanerde und Gemischen davon oder in Verbundmaterialien mit einer Matrix aus einem organischen Bindemittel, insbesondere als Faserverstärkung in Faserzementprodukten, wie z.B. Rohrleitungen und ebenen und gerippten (gewellten) Platten, Beton, Kitt und ähnlichen Dichtungsmaterialien, verbindenden oder verschliessenden Füllstoffverbindungen und Grundierungen für Fahrzeuge eignen.

Es ist bekannt, Kunststoff-Fasern, insbesondere Fasern aus einem gestreckten Kunststoff, als Verstärkungsfasern innerhalb eines breiten Bereiches derartiger Materialien zu verwenden. Solche Fasern können hergestellt werden mit einer guten Beständigkeit gegen die Einflüsse, denen sie während ihrer Verwendung in den fraglichen faserverstärkten Materialien ausgesetzt sind, und sie können mit ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften hergestellt werden.

Die Wirksamkeit von Verstärkungsfasern in einer Matrix so hängt jedoch davon ab, wie gut und in welcher Menge die Fasern auf wirksame Weise in die Matrix eingearbeitet und innerhalb der Matrix gleichmässig verteilt werden können. Es ist bekannt, dass viele der früheren Versuche zur Verstärkung von beispielsweise Zementmatrizen und ähnlichen Mass terialien mit Kunststoffasern erfolglos waren aufgrund der Tatsache, dass es nicht möglich war, die Fasern in ausreichend hohen Mengen einzumischen und vollständig darin zu dispergieren, so dass die Endprodukte unzureichend verstärkt waren oder Klumpen von schlecht dispergierten Fa-60 sern enthielten, was zu spröden Verbundmaterialien auch in den Fällen führte, in denen die Fasern per se die Qualitäten aufwiesen, die theoretisch die Eigenschaften des Materials beträchtlich verbessert hätten, wenn die Fasern ausreichend gut darin dispergiert gewesen wären.

65 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verstärkungsfasern auf Kunststoffbasis anzugeben, die modifizierte Oberflächeneigenschaften aufweisen, die ihre Einarbeitung und Dispergierung in einer Bindemittelmatrix erleichtern

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und die Verträglichkeit zwischen der Matrix und den Fasern verbessern. Die erfindungsgemässen Verstärkungsfasern sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 • 10~5 bis 75 • 10~s N/ cm haben und dass sie ein auf ihre Oberflächen aufgebrachtes Netzmittel aufweisen.

Während die Oberflächenspannung der Fasern vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 40 ■ 10"5 N/cm liegt,

wenn die verstärkende Bindemittelmatrix organisch ist, ist die Oberflächenspannung vorzugsweise etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser, in der Regel 72 • 10"5 bis 74 • 10"5 N/cm, wenn die Bindemittelmatrix anorganisch ist. Dass die Oberflächenspannung der Fasern etwa gleich oder mindestens gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, kann zweckmässig nach dem folgenden «Dispersionstest» bestimmt werden: bei einer Temperatur von 20 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 65% werden 1,5 g erfindungsge-mässe Fasern von etwa 2 bis etwa 35 dtex mit einer Länge zwischen 6 und 24 mm (durch drei- bis viermaliges Rühren) leicht in 500 ml destilliertem Wasser zu einer 100%igen Dispersion dispergiert, wenn ihre Oberflächenspannung etwa gleich derjenigen von Wasser ist.

100% Dispersion bedeutet, dass nach drei- bis viermaligem Rühren mit einem gewöhnlichen Glasspatel die Fasern bei visueller Beobachtung vollständig voneinander getrennt sind, wobei sie jedoch an ihren Enden wegen der kleinen Fibrillen mechanisch miteinander verhakt sein können. Dies ist im Gegensatz zu kleinen Konglomeraten oder Bündeln, in welchen die Fasern aneinander haften.

Es wurde gefunden, dass dann, wenn Verstärkungsfasern aus Kunststoff eine Oberflächenspannung aufweisen, die etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, es zum erstenmal möglich ist, die Kunststoffasern in ausreichend hohen Mengen in Aufschlämmungen von einem anorganischen Bindemittel und Wasser, wie Portland-Zement und Wasser, einzumischen und vollständig und gleichmässig darin zu dispergieren, so dass alle Fasern in dem entwässerten Endprodukt von dem Matrixmaterial umgeben sind und dadurch als Verstärkung voll wirksam werden.

Während frühere Versuche der Einarbeitung von Kunststoffasern in eine sandfreie Zementmatrix in der Regel zu Materialien führten, die nur etwa 1 Gew.-% oder weniger der Kunststoffasern enthielten, können die erfindungsgemässen Fasern mit einer hohen Oberflächenspannung in industriellem Massstabe in einer Menge von bis zu 4 bis 5 Gew.-% eingearbeitet und gleichmässig dispergiert werden, was zu einem Verbundmaterial führt, bei dem die spezifische Festigkeit und die spezifische Dehnung durch die Fasern und nicht durch das spröde Matrizenmaterial bestimmt werden.

Neben ihrer einzigartigen Dispergierbarkeit in Zement-aufschlämmungen weisen die erfindungsgemässen Fasern mit einer hohen Oberflächenspannung eine aussergewöhnli-che Affinität gegenüber feinen Zementteilchen auf. Wenn sie beispielsweise einmal mit Zementteilchen in einer Auf-schlämmung in Kontakt gekommen sind, halten Polypropylenfasern des nachfolgend beschriebenen Typs mit einer Oberflächenspannung, die etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, Zementteilchen an ihren Oberflächen fest in einem solchen Ausmasse, dass sie durch Spülen mit Wasser nicht zementfrei gewaschen werden können.

Ein besonders wertvoller Typ von Verstärkungsfasern sind Polyolefinfasern, die durch Strecken einer Polyolefinfolie, vorzugsweise einer Polypropylenfolie, in einem Verhältnis von mindestens 1:15 zur Erzielung einer Filmdicke von 10 bis 60 (im und Fibrillieren des gestreckten Materials mittels einer rotierenden Nadel oder einer Schneiderolle zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex hergestellt worden sind. Nach diesem Verfahren, das in der dänischen Patentanmeldung 1924/78, in der deutschen Patentanmeldung P 2 819 794.6 und in der US-Patentanmeldung 902 920 beschrieben ist, kann ein Fasermaterial erhal-s ten werden, das eine Zugfestigkeit von mindestens 39 200 N/ cm2, einen Elastizitätsmodul von mindestens 10 000 N/mm2 und eine Bruchdehnung von höchstens 8% aufweist und das nichtglatte Kanten bzw. Ränder mit vielen davon abstehenden Fibrillen aufweist. Diese Polyolefinfasern weisen ein-io zigartige Vorteile als Verstärkungsfasern in einer anorganischen Bindemittelmatrix auf.

Bei den erfindungsgemässen Fasern handelt es sich vorzugsweise um Polyolefinfasern, insbesondere Polypropylenfasern des in den obengenannten Patentanmeldungen be-15 schriebenen Typs, da diese Fasern Eigenschaften aufweisen, die sie ideal geeignet machen für die wirkungsvolle Verankerung in beispielsweise einer Zementmatrix und für die Cooperation mit dieser Matrix zur Verstärkung der Matrix.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur 2o Herstellung von verstärkten Fasern auf Kunststoffbasis; es ist im Anspruch 8 definiert.

Bei der Coronabehandlung einer Kunststoffolie handelt es sich um eine bekannte Behandlung, die durchgeführt wird durch Anlegen eines hochfrequenten elektrischen Stromes an 25 einen elektrischen Leiter, beispielsweise einen dünnen Stahldraht, der in einem Abstand von beispielsweise 1 bis 3 mm oberhalb des sich bewegenden Streifens bzw. Bandes aus der Kunststoffolie angeordnet ist zur Erzielung einer heftigen Entladung über der Breite der Folie. Bekanntlich wird eine 30 solche Behandlung angewendet, um die Folie aufnahmefähig für den späteren Auftrag von Druckerfarben oder Klebstoffen zu machen, eine solche Coronabehandlung wurde bisher jedoch niemals vorgeschlagen für Folien, die in einer mechanischen Fibrillierungsbehandlung unterzogen werden 35 sollen, oder für einzelne Fasern.

Der Effekt der Coronabehandlung ist von nichtmakroskopischem Charakter; es wird angenommen, dass der Effekt teilweise auf die Aufspaltung der Polymermoleküle an der Folienoberfläche in kleine Moleküle, wobei einige «offene 40 Enden» zurückbleiben, und teilweise auf eine Änderung der elektrischen Ladungsbedingungen in der Folienoberfläche zurückzuführen ist.

Der Effekt einer Coronabehandlung einer Kunststofffolie wird zweckmässig gemessen durch Bestimmung der 45 Oberflächenspannung nach Standardverfahren. So wurde beispielsweise das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung von gestreckten Polypropylenfolien angewendet, die einer Coronabehandlung unterworfen worden waren: bei einer Raumtemperatur so von 20 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 65% wird mittels eines Baumwollstabes Glycerin auf die Folie aufgebracht zur Bildung eines dünnen Flüssigkeitsfilms und das Verhalten des Flüssigkeitsfilms wird beobachtet. Wenn der Flüssigkeitsfilm für etwa 2 bis 3 Sekunden kohäsiv bleibt 55 und dann in kleinere Anteile aufgespalten wird, ist die Oberflächenspannung der Folie identisch mit der Oberflächenspannung des Glycerins und sie beträgt daher etwa 64 • 10"5 N/cm.

Wenn die Verstärkungsfasern in eine organische Matrix, 60 z.B. in einen Kitt, eingearbeitet werden sollen, ist es bevorzugt, die Coronabehandlung in einem weniger starken Ausmasse durchzuführen, um eine Oberflächenspannung von etwa 40 • 10"5 bis 50 • 10"5 N/cm zu erhalten. Wenn die Matrix, in die die Verstärkungsfasern eingearbeitet werden sol-65 len, eine anorganische Matrix ist, die aus einer wässrigen Aufschlämmung hergestellt worden ist, ist es bevorzugt, die Coronabehandlung unter stärkeren Bedingungen durchzuführen zur Erzielung einer hohen Oberflächenspannung.

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Die Regulierung der Intensität der Coronabehandlung ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich und Beispiele für intensive Coronabehandlungen ergeben sich aus den weiter unten folgenden Beispielen.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in Verstärkungsfasern aus Kunststoff mit einer Oberflächenspannung von 40 • 10"5 bis 75 • 10"5 N/cm. Die Fasern können leicht und gleichmässig in Matrizen dispergiert werden. Bei organischen Matrizen ist eine Oberflächenspannung von 40 • 10 ~s bis 50 • 10~s N/cm wirksam, bei Zementmatrizen ist eine Oberflächenspannung von 70 • 10"5 bis 75 • 10"5 N/cm wirksam. Hohe Oberflächenspannungen werden erhalten durch eine Coronabehandlung und anschliessendes Aufbringen eines hydrophilen Avivierungsmittels.

Die Coronabehandlung kann bei den Fasern durchgeführt werden oder sie kann bei Folien durchgeführt werden, aus denen die Fasern hergestellt werden.

Das Verfahren zur Herstellung der Verstärkungsfasern nach der Erfindung besteht darin, dass man nach der Coronabehandlung ein Netzmittel aufbringt. Durch dieses Aufbringen eines Netzmittels wird eine bisher nicht erzielbare vollständige Affinität zwischen den Fasern und Wasser erreicht, entsprechend einer Oberflächenspannung der Fasern, die in der Grössenordnung der Oberflächenspannung von Wasser liegt, oder sogar einer höheren Oberflächenspannung.

Es scheint eine einzigartige Kooperation oder ein einzigartiger Synergismus zwischen der Coronabehandlung und dem Netzmittel zu bestehen und die Kombination aus der Coronabehandlung und dem Aufbringen eines Netzmittels führt zu einer Zunahme der Oberflächenspannung und zu einer Dispergierbarkeit der Fasern in Wasser und zu wässrigen Aufschlämmungen, wie sie bisher nicht erzielbar waren. Der Grund dafür ist möglicherweise der, dass die Coronabehandlung die Oberfläche des Kunststoffs mit dem Netzmittel verträglich macht oder sie in die Lage versetzt, das Netzmittel zurückzuhalten, in einem bisher unbekannten Ausmasse.

Bei dem aufgebrachten Netzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein solches, das für den Auftrag auf synthetische Fasern besonders geeignet ist, und Beispiele für geeignete Netzmittel sind die sogenannten «hydrophilen Avivie-rungsmittel» (als «hydrophile Benetzungsmittel» oder «hydrophile Schmiermittel» bezeichnet), die in der Textiltech-nologie bekannt sind und bei der Textil- oder Faserbehandlung bzw. -bearbeitung für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur Erzielung antistatischer Eigenschaften, für die Benetzung von Fasern während der Be-bzw. Verarbeitung, um Fasern gleitfähig zu machen u.dgl. Beispiele für geeignete hydrophile Avivierungsmittel sind LW 421 von der Firma Henkel, Deutschland, Amoa P 231 von der Firma Amoa Chemical Company, England, und Ci-trol A von der Firma Croda Chemicals Ltd., England. Ein besonders vorteilhaftes Avivierungsmittel, das in der Praxis gut funktioniert, ist eine Kombination aus Amoa P 231 und Citrol A, wobei es sich bei ersterem um ein Schmiermittel-produkt auf der Basis von Naturölen und Emulgator und bei letzterem um ein typisches Antistatikmittel handelt.

Die Menge des aufgebrachten Netzmittels liegt normalerweise zwischen 0,1 und 3 Gew.-%, vorzugsweise in der Grössenordnung von etwa 1 Gew.-%.

Polyolefinfasern des in den obengenannten Patentanmeldungen beschriebenen Typs werden hergestellt, indem man eine Polyolefinfolie, beispielsweise eine Polypropylenfolie, streckt, bzw. verstreckt und anschliessend die Folie einer mechanischen Fibrillierung unterwirft zur Herstellung von langen Fasern, die danach entweder durch Zerhacken in die gewünschte Länge gebracht oder als Filamentstreifen bzw. -bänder aufgewickelt werden. Vorzugsweise wird vor der Fibrillierung die gestreckte Folie einer Wärmebehandlung (Wärmestabilisierung) unterworfen. Die erfindungsgemäss durchgeführte Coronabehandlung kann vor der mechanischen Fibrillierung, vor dem Aufbringen des Netzmittels und vor dem Zerhacken durchgeführt werden.

Ein anderes Verfahren, das sich als vorteilhaft für die Herstellung von Polyolefinverstärkungsfasern erwiesen hat, besteht darin, die Polyolefinfolie zu strecken, die gestreckte Folie mit einer rotierenden Nadel oder mit einer Schneiderolle bzw. Schneidewalze zu behandeln zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex und die Fasern anschliessend einer Wärmestabilisierung zu unterwerfen. Wenn die Fasern auf diese Weise hergestellt werden, wird die Coronabehandlung zweckmässig bei den wärmestabilisierten Fasern durchgeführt. Es wird angenommen, dass dies zu einer noch wirksameren Coronabehandlung führt, da alle Oberflächen der Fasern behandelt werden.

Die erfindungsgemässe Coronabehandlung kann unter Verwendung einer Vorrichtung der Art durchgeführt werden, wie sie bereits bei der konventionellen Anwendung der Coronabehandlung verwendet wird, erforderlichenfalls kann sie jedoch modifiziert werden, um den erforderlichen Effekt zu ergeben, zur Erzielung der hohen Oberflächenspannungswerte, die in dem erfindungsgemässen Verfahren angestrebt werden. Eine geeignete Vorrichtung für die industrielle Verwendung ist in den weiter unten folgenden Beispielen beschrieben. Anstelle der in der in den Beispielen beschriebenen Vorrichtung verwendeten Metallstabelelektroden können die Elektroden auch Drahtelektroden oder irgendwelche anderen geeignet geformten Elektroden sein, vorausgesetzt, dass sie sich über die volle Breite des behandelten Materials erstrecken, einschliesslich der Elektroden, die einen Querschnitt in Form eines zylindrischen Abschnitts haben, um sich so an einen Teil der Rollenoberfläche, über welche das behandelte Material transportiert wird, eng anzupassen. Die Anzahl der Elektroden kann von eins bis zu einer Reihe von aufeinanderfolgenden Elektroden variiert werden, je nach den jeweiligen Bedingungen, die in jedem Einzelfalle eingestellt werden.

Die Einarbeitung der erfindungsgemässen Fasern in eine Matrix kann nach irgendeinem der bekannten Verfahren zur Einarbeitung von Verstärkungsfasern durchgeführt werden und es wird eine leichtere Einarbeitung und eine gleichmäs-sigere Dispergierung erzielt. Bei der Herstellung von Baumaterialien eines ähnlichen Typs, wie Asbest-Zementproduk-ten, werden die erfindungsgemässen Fasern vorzugsweise in eine Aufschlämmung eingearbeitet, die vorher einer hohen Scherbehandlung der gleichen Art wie in dem nachfolgenden Beispiel 6 beschrieben unterworfen worden ist.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Der darin verwendete Ausdruck «100%ige Dispersion in Wasser» steht für eine vollständige Dispergierung von 1,5 g Fasern in 500 ml destilliertem Wasser in dem vorstehend beschriebenen Test.

Beispiel 1

Als Polymeres wurde Polypropylene GWE 23 der Firma ICI mit einem Schmelzindex von 3 g/10 Minuten, bestimmt nach DINMFI 230/2.16, verwendet.

In einer Standard-Extrusions/Streck-Anlage wurde das Polypropylen zu einer rohr- bzw. schlauchförmigen geblase-nenFolie bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 220 °C ex-trudiert, und die rohrförmige Folie wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 °C abgekühlt und in zwei Streifen zerschnitten.

Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde die Folie durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde ge4

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führt. Durch Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation nach dem Heissluftofen wurde die Folie in einem Verhältnis von 1 : 23 gestreckt. Anschliessend wurde die Folie wärmestabilisiert durch Hindurchführen durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde, wobei die Folientränsportgeschwindigkeit etwa 90 m/Minute betrug. Die Dicke der Folie betrug dann etwa 20 ^m.

Nach dem Strecken und Wärmestabilisieren wurde die Folie einer Coronabehandlung unterworfen unter Verwendung einer 12 000 Watt-Vetaphona-Vorrichtung: Generator T 12 000 AX, äusserer Transformator TH 12025 für 3 x 380 Volt, 50 Hz unter Verwendung eines Rollen/Elektroden-Sy-stems TW 4000 EN/SP. Die Vorrichtung wies vier Rollen auf, wobei über zwei davon die Folie geführt und auf seiner Oberseite mittels Metallstabelektroden, die über den Rollen angeordnet waren, behandelt wurde, und anschliessend zwei, unter denen die Folie hindurchgeführt und mittels Metallstabelektroden, die unter den Rollen angeordnet waren, behandelt wurde. Der Abstand zwischen der Folie und den Elektroden betrug etwa 1 bis 3 mm. Nach der Coronabehandlung hatte die Oberflächenspannung der Folie auf 64,3 • 10-5 N/cm zugenommen, was durch Messung an einer Probe der Folie bestimmt wurde.

Die Folie wurde fibrilliert zur Herstellung von Fasern von 2 bis 30 dtex unter Verwendung eines Reifenhäuser FI-S-0800-03-01-Fibrillators mit 13 Nadeln pro cm in jeder von zwei aufeinanderfolgenden, versetzt gegeneinander angeordneten Nadelreihen, die in dem gleichen Abstand wie der Abstand zwischen zwei Nadeln angebracht waren. Das Fibril-lierungsverhältnis (das Verhältnis zwischen der Folientränsportgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Fibrillatorrolle) betrug 1 : 3. Danach wurden 1 Gew.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (eine Mischung aus 4 Teilen Amoa und 1 Teil Citrol) in Form einer 1 : 9-Lösung aufgebracht, und die Fasern wurden in einem Stapelschneider auf Längen von 6,12, 18 und 24 mm zugeschnitten.

Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,9 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 5% und der Elastizitätsmodul (1%) betrug 12 000 N/mm2. Die Fasern Hessen sich zu 100% in Wasser dispergieren.

Beispiel 2

Als Polymeres wurde Polypropylene GSE 16 der Firma ICI mit einem Schmelzindex von 0,8 g/10 Minuten, bestimmt nach DIN MFI230/2.16, verwendet.

In einer Standard-Extrusions/Streckanlage wurde das Polypropylen bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 230 °C zu einer geblasenen rohr- bzw. schlauchförmigen Folie extrudiert und die rohrförmige Folie wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 °C abgekühlt.

Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde die Folie durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt. Durch Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation nach dem Heissluftofen wurde die Folie in einem Verhältnis von 1 : 20,3 gestreckt. Danach wurde die Folie durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 220 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/ Sekunde geführt und gleichzeitig in einem Verhältnis von 1:1,16 gestreckt, indem man in der Abziehstation nach dem Heissluftofen eine höhere Rollengeschwindigkeit aufrecht erhielt. Das Gesamtstreckungsverhältnis, das durch die beiden Streckvorgänge erzielt wurde, betrug 1 : 23,6. Die Dicke der Folie betrug dann 20 um.

Nach dem Strecken und Wärmestabilisieren wurde die Folie auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben einer

Coronabehandlung unterworfen. Nach der Coronabehandlung hatte die Oberflächenspannung des Films auf 64,3 • 10"5 N/cm zugenommen, was durch Messung an einer Probe des Films bestimmt wurde.

Die Folie wurde anschliessend auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben fibrilliert. Danach wurden 1 Gew.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (Henkel LW 421) in Form einer wässrigen 1 : 9-Emulsion aufgebracht und die. Fasern wurden in einem Stapelschneider auf Längen von 6, 12,18 und 24 mm zugeschnitten.

Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,9 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 5% und der Elastizitätsmodul (1%) betrug 12 000 N/mm2. Die Fasern waren zu 100% in Wasser dispergierbar.

Beispiel 3

Es wurde das gleiche Ausgangsmaterial und ein ähnliches Verfahren wie in Beispiel 1 angewendet, wobei diesmal jedoch die rohrförmige Folie zu 40 Streifen einer Breite von jeweils etwa 15 mm zugeschnitten wurde und das Streckverhältnis 1:17 betrug. Die Fibrillierung wurde mit einzelnen Nadelreihen in dem Reifenhäuser-Fibrillator durchgeführt zur Herstellung von flachen Streifen von etwa 10 mm, die zu Rollen aufgewickelt wurden.

Die Folie hatte nach der Coronabehandlung die gleiche Oberflächenspannung wie in den Beispielen 1 und 2, und die. fertigen Streifen hatten eine Oberflächenspannung von 70-10-5 bis 75-10"5 N/cm.

Beispiel 4

Als Polymeres wurde Polypropylene GWE 23 der Firma ICI mit einem Schmelzindex von 3 g/10 Minuten, bestimmt nach DIN MFI 230/2.16, verwendet.

In einer Standardextrusions/Streck-Anlage wurde das Polypropylen bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 220 °C zu einer geblasenen (porösen) rohr- bzw. schlauchförmigen Folie extrudiert und die rohrförmige Folie wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 °C abgekühlt und zu zwei Folienstreifen zerschnitten.

Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde der Film durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 160 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt. Durch Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation nach dem Heissluftofen wurde die Folie in einem Verhältnis von 1:17 gestreckt.

Die Folie wurde fibrilliert zur Herstellung von Fasern von 2 bis 30 dtex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben. Die dabei erhaltenen Fasern wurden wärmestabilisiert, indem man sie durch einen Heissluftofen mit einer Lufttemperatur von 160 °C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde hindurchführte. Nach der Wärmestabilisierung wurden die Fasern unter Anwendung des gleichen Verfahrens und unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in den Beispielen 1 und 2 angegeben einer Coronabehandlung unterworfen. Danach wurde 1 Gew.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (einer Mischung aus 4 Teilen Amoa und 1 Teil Citrol) in Form einer 1 : 9-Lösung aufgebracht und die Fasern wurden in einem Stapelschneider auf Längen von 6,12, 18 und 24 mm zugeschnitten.

Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,3 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 6% und der Elastizitätsmodul (1%) betrug 13 000 N/mm2. Die Fasern Hessen sich zu 100% in Wasser dispergieren.

Beispiel 5

Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 angewendet, wobei diesmal jedoch das Streckungsverhältnis 1:17 anstatt 1 : 23 betrug.

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Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,3 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 6% und der Elastizitätsmodul betrug 13 800 N/mm2. Die Fasern Hessen sich zu 100% in Wasser dispergieren.

Auch in den Beispielen 4 und 5 hatte die Folie nach der Coronabehandlung eine Oberflächenspannung von 64 • 10"5 N/cm, da die Coronabehandlung gleich wie in den Beispielen 1 und 2 erfolgte.

Beispiel 6

Faserverstärkte Zementplatten einer Dicke von 6 mm wurden hergestellt unter Verwendung der nach Beispiel 5 hergestellten, einer Coronabehandlung und einer Avivie-rungsbehandlung unterzogenen 12 mm langen Polypropylenfasern einerseits und von auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellten, einer Avivierungsbehandlung, jedoch keiner Coronabehandlung unterzogenen Polypropylenfasern anderseits.

Das Verfahren zur Herstellung der Platten war das folgende: Portland-Zement (schnell aushärtende Sorte), 0,15 Gew.-% Methocell 228 (Methylcellulose der Firma Dow Chemical), 3,4 Gew.-% Papierpulpencellulose (Birke) und 6,1 Gew.-% RockwooP-Fasern (Mineralfasern mit einem Durchmesser von etwa 5 um und einer Länge von etwa 0,1 bis 5 mm) und Wasser wurden in einem Wasser-Feststoff-Verhältnis von 1,8 :1 unter Rühren miteinander gemischt, und die dabei erhaltene Aufschlämmung wurde anschliessend durch 5maliges Hindurchführen durch einen Emul-gator «Alexanderwerke» mit einem Stator/Rotor-Abstand von 0,4 mm, der sich mit bis zu 3000 UpM drehte, raffiniert. Zu der derart raffinierten Aufschlämmung wurden 4,5 Gew.-% der 12 mm langen Polypropylenfasern zugegeben, und es wurde weitere 1,5 Minuten lang in einem Schüttelmixer «Tintorama» gemischt. Die dabei erhaltene Aufschlämmung wurde in eine Labor-Papierblattformgebungsvorrichtung gegossen und durch Absaugen und Vorkomprimieren entwässert. Die Testblätter wurden dann 18 Stunden lang bei 100 N/cm2 komprimiert und anschliessend 4 Tage lang in einer feuchten Atmosphäre und 9 Tage lang in einer normalen Laboratmosphäre gelagert, und sie waren dann nach einem halben Monat für den Test bereit.

Die dabei erhaltenen Platten bzw. Blätter wiesen eine Polypropylenfaserverstärkung von 7 Vol.-% auf. Die Cel-lulosefasern (4 Vol.-%) und die RockwooF-Fasern (3 Vol.-%) dienten hauptsächlich als Trägerfasern während der Herstellungsstufen.

Nach dem Aushärten wurden vier Testproben für Biegetests und sechs Testproben für Schlagtests aus jeder Platte herausgeschnitten und die Biegetestproben wurden mit elektrischen Dehnungsmessgeräten in der Mitte der beiden Seiten versehen für die Aufstellung der Biegungs-, Spannungs-/ Dehnungskurven des Materials. Die dabei erhaltenen Testergebnisse sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der bedeuten:

s Yf = Dichte des Materials zum Zeitpunkt des Tests yt = Dichte nach dem Trocknen in einem Ofen bei 105 °C CTub= Biegefestigkeit (Bruchmodul)

eut = Spezifische Dehnung (Dehnungsgrenze) in der Kompressionszone io su, = Spezifische Dehnung (Dehnungsgrenze) in der Zugzone

E = Elastizitätsmodul S = Schlagfestigkeit

Die Werte für er, s und E sind Durchschnittswerte von i5 vier Proben und die Werte für S sind Durchschnittswerte von sechs Proben. Die in Klammern in der Tabelle angegebenen Zahlenwerte geben die Streuung (den Variationskoeffizienten in % des Durchschnittswerts) an.

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Tabelle

Materialeigenschaften von Faserzementplatten

Polyproylenfasern coronabehandelt nicht coronabehandelt

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Yf Yt og, N/cm2

S", %

30 El %

E, 106 N/cm2 S, Ncm/cm2

1.67(1%)

1.52(0.2%)

232 (3%)

0.32(11%)

1.38(6%)

1.84(2%)

159 (15%)

1.68 (3%)

1.51(2%)

216(7%)

0.36(11%)

1.36 (17%)

1.75(6%)

120 (23%)

Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, dass Verbes-35 serungen in bezug auf die Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften des Materials erhalten wurden durch Verwendung der coronabehandelten Fasern (Verbesserung der Biegefestigkeit um etwa 7%, des Elastizitätsmoduls um etwa 5% und der Schlagfestigkeit um etwa 13%). Daneben zeigen die 40 Ergebnisse aber auch, dass die Streuung der Materialeigenschaften drastisch herabgesetzt wurde, was zeigt, dass ein besseres Material mit einer viel gleichmässigeren Dispergierung der Fasern in dem Endprodukt erhalten wird, wenn die coronabehandelten Fasern verwendet werden. 45 Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, dass sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern dass diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne so dass dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verstärkungsfasern auf Kunststoff-Basis, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 ; 10"5 bis 75 • 10"5 N/cm haben und dass sie ein auf ihre Oberflächen aufgebrachtes Netzmittel aufweisen.
2. Verstärkungsfasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung von 72 • 10"5 bis 74 • 10"5 N/cm.
3. Verstärkungsfasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung von 40 • 10"5 bis 50 • 10"5 N/cm.
4. Verstärkungsfasern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Wasser zu 100% dispergierbar sind.
5. Verstärkungsfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Netzmittel um ein hydrophiles Avivierungsmittel handelt.
6. Verstärkungsfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um Fasern aus gestrecktem Polyolefm handelt.
7. Verstärkungsfasern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um Fasern aus gestrecktem Polypropylen mit einer Zugfestigkeit von mindestens 39 200 N/cm2, einem Elastizitätsmodul von mindestens 10 000 N/ mm2 und einer Bruchdehnung von höchstens 8% handelt, die nichtglatte Kanten mit vielen davon abstehenden Fibrillen aufweisen.
8. Verfahren zur Herstellung von Verstärkungsfasern auf Kunststoff-Basis mit einer Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 • 10"5 bis zu 75 ■ 10~5 N/cm, gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Kunststofffasern einer Coronabehandlung unterwirft oder eine Kunststoffolie einer Coronabehandlung unterwirft und anschliessend die Folie fibrilliert und dass man nach der Coronabehandlung auf die Fasern ein Netzmittel aufbringt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Netzmittel um ein hydrophiles Avivierungsmittel handelt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polyolefinfolie streckt, die Folie einer Coronabehandlung unterwirft, die corona-behandelte Folie fibrilliert und ein Netzmittel auf die dabei

5 erhaltenen Fasern aufbringt.
11. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung von verstärkten Fasern aus einer Polypropylenfolie, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polypropylenfolie in einem Verhältnis von mindestens 1:15 streckt zur Erzielung einer Fo-

10 liendicke von 10 bis 60 ^m, die gestreckte Folie einer Coronabehandlung unterwirft, die coronabehandelte Folie fibrilliert zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex und ein Netzmittel auf die Fasern aufbringt.

15 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polyolefinfolie streckt, die gestreckte Folie fibrilliert, die dabei erhaltenen Fasern einer Coronabehandlung unterwirft und ein Netzmittel auf die coronabehandelten Fasern aufbringt.

20 13. Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung von Verstärkungsfasern aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polypropylenfolie in einem Verhältnis von mindestens 1:15 streckt zur Erzielung einer Foliendicke von 10 bis 60 (im, die gestreckte Folie fibrilliert zur Herstel-

25 lung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex, die Fasern einer Coronabehandlung unterwirft und ein Netzmittel auf die coronabehandelten Fasern aufbringt.
14. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung von Ver-

30 stärkungsfasern aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polypropylenfolie in einem Verhältnis von mindestens 1:15 streckt, die gestreckte Folie fibrilliert und die dabei erhaltenen Fasern wärmestabilisiert, die wärmestabilisierten Fasern einer Coronabehandlung unterwirft

35 und ein Netzmittel auf die coronabehandelten Fasern aufbringt, um ihnen eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 • 10-5 bis zu 75 • 10"5 N/cm zu verleihen.