CN108474161B - 用于增强目的的三向无纬稀松布 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三轴向无纬稀松布，其包括第一组、第二组和第三组连续纤维，其中‑每组纤维中的纤维规则地间隔开并且彼此平行，‑第一组纤维中的纤维平行于稀松布的经向（纵向）或纬向（横向），‑第二组纤维中的纤维和第三组纤维中的纤维相对于第一组纤维中的纤维分别以30°至80°的角度（‑α）和（+α）彼此对称取向，‑第二组纤维中的纤维之间的距离等于第三组纤维中的纤维之间的距离，‑第二组纤维中的纤维在其与第一组纤维中的纤维交叉处与第三组纤维中的纤维交叉，由此界定具有等腰三角形形状的规则开口，和‑借助不填充三角形开口的涂层涂布纤维并使其彼此连接。本发明还涉及此类稀松布用于增强固体材料，优选水力结合的固体产品的用途。
Description
本发明涉及由高模量纤维制成的三向无纬开口稀松布。所述稀松布旨在用作水力结合材料（如混凝土）的增强织物，特别是在外部隔热复合体系中。
开口玻璃纤维网状织物目前用于外部隔热复合体系（ETICS）中以增强渲染物(render)涂层并促进其应用于下面的隔热层（泡沫，玻璃棉等）。这种玻璃纤维织物通常涂有橡胶涂层，通常是SBR橡胶，以为织物提供机械强度和保护，并保护玻璃纤维抵抗渲染物组合物的碱性。
用于此目的的网状类型的织物通常是由经向（纵向）和纬向（横向）纱线或纤维制成的机织或针织的双向玻璃纤维织物，经纱与纬纱正交（参见例如EP 2821536）。
这种双向玻璃纤维织物在纵向和横向上测量时具有相当高的拉伸模量，但是当以与纵向和横向明显不同的方向拉伸时，表现出相当低的模量和高伸长率。如此高的“偏角”伸长率是不希望的，因为它不能同样很好地防止所有方向上的开裂。
需要具有更“各向同性”的拉伸模量，即在所有方向上相同或几乎相同的拉伸模量的开口织物。这样的织物将有效地保护脆性材料层以加强抗在所有方向的开裂。
US2005/0186409公开了成核聚丙烯基双轴向和三轴向无纬稀松布(tri-axiallaid scrim)，用于替代涂布的玻璃纤维产品作为水泥板或面板的增强织物。聚丙烯稀松布施加在混凝土芯层的一面或两面。这种基于热塑性聚合物的稀松布对于用作ETICS中的开口网状物具有太低的拉伸模量。
WO 2007/142878公开了由低伸长率玻璃纤维稀松布和高伸长率聚合物纤维稀松布的组合制成的家用包装材料。所得到的双轴向或三轴向稀松布没有被描述为适用于加固易碎的水力结合的建筑材料。
作为本发明的基础的问题是提供具有开口网状结构的织物，当在织物平面的任何方向（即纵向，横向和任何中间“偏角”方向）受到拉伸强度时，展现出均匀的低伸长率（即高拉伸模量）。
这个问题通过由低伸长率纱线或纤维制成并具有含基本相同的三角形开口的非常规则的结构的三轴向无纬稀松布而得以解决。本发明的无纬稀松布的纤维叠加成至少三层，每层由基本上平行的纤维制成。
本发明基于这样的发现，即可以通过使三组纤维以只有三重交叉点的方式交叉提供具有高度“各向同性”的拉伸强度，即具有在稀松布平面的所有方向上基本上相同的拉伸强度的无纬稀松布。在本发明中，术语“三重交叉点”是指来自三个不同层并因此在三个不同方向上取向的三根纤维的交叉点。
现有技术中已知三轴向稀松布，例如来自WO 2007/142878（图1）或WO2007/078319（图4）。在这些稀松布中，只有少数三重交叉点，而且大部分交叉点是仅两根纤维的简单交叉点。
本发明的主题是一种三轴向无纬稀松布，其包括第一组、第二组和第三组连续纤维，其中
（a）每组纤维中的纤维规则地间隔开并且彼此平行，
（b）第一组纤维中的纤维平行于稀松布的经向（纵向）或纬向（横向），
（c）第二组纤维中的纤维和第三组纤维中的纤维相对于第一组纤维中的纤维分别以30°至80°，优选40至70°的角度（-α）和（+α）彼此对称取向，
（d）第二组纤维中的相邻纤维之间的距离与第三组纤维中的相邻纤维之间的距离相同，
（e）第二组纤维中的纤维在其与第一组纤维中的纤维交叉处与第三组纤维中的纤维交叉，从而界定具有等腰三角形形状的规则开口，和
（f）借助不填充三角形开口的涂层涂布纤维并使其彼此连接。
本发明的另一个主题是一种包含这种三轴向无纬稀松布的纺织产品。
本发明的稀松布是无纺稀松布，其中几层平行纤维叠加并粘合在一起。
纤维在三个方向取向，其中之一是稀松布的经向或纬向。稀松布包括经纱或纬纱，但非它们两者。当第一组纤维中的纤维是经向纤维（沿纵向取向）时，则稀松布不具有相对于第一组纤维成直角布置的纬向纤维。相反，当第一组纤维中的纤维是纬向纤维（沿横向取向）时，则稀松布不具有相对于纬向纤维成直角布置的经向纤维。
在一个优选实施方案中，第一组纤维中的纤维平行于稀松布的经向。
第二组和第三组纤维在下文中也称为“偏置纤维”，相对于第一组纤维具有倾斜或斜向取向。它们以轴对称彼此对称取向，对称轴平行于第一组纤维（经向或纬向纤维）的方向，这意味着第一组纤维（对称轴）和第二组纤维之间的角度（α）与第一组纤维和第三组纤维之间的角度相同，但方向相反，在本申请中以（+α）和（-α）表示。
第二组纤维的相邻平行纤维之间的距离与第三组纤维的相邻平行纤维之间的距离相同。其有利地为3mm至30mm，优选5mm至25mm，更优选7mm至20mm并且甚至更优选8mm至15mm，所述距离被定义为同一组纤维的两根相邻纤维的中心轴之间的距离。
在优选的实施方案中，第一组纤维的相邻纤维之间的距离与相邻偏置纤维之间的距离相同。然后，稀松布的开口具有等边三角形的形状，并且第二和第三组纤维中的纤维相对于第一组纤维中的纤维分别以约60°的角度（-α）和（+α）取向。这个实施方案在图1中示出。
当α小于60°时，第一组纤维中的纤维之间的距离小于相邻偏置纤维之间的距离。当α是45°时，三角形是直角三角形（见图4），当α小于45°时，三角形是钝角等腰三角形。相反，当α高于60°时，第一组纤维的相邻纤维之间的距离大于相邻偏置纤维之间的距离，而三角形开口则是锐角等腰三角形（见图5）。
本发明的稀松布的优异的拉伸性能是由于其由相同的三角形开口构成的高度规则的结构。这种规则结构的特征在于，事实上期望地，所有纤维交叉点都是三重交叉点，即来自三个不同组纤维中的三根纤维的交叉点。本发明的无纬稀松布有利地包括小于20％的简单交叉点（=两根纤维的交叉点），优选小于10％的简单交叉点，更优选小于5％的简单交叉点，并且甚至更优选小于2%的简单交叉点，这些百分比是相对于交叉点总数（简单交叉点+三重交叉点）表示的。
重要的是要明白，简单交叉点的百分比显著高于“有缺陷的(flawed)”或“有瑕疵的(missed)”三重交叉点的百分比。事实上，每个“有缺陷的”或“有瑕疵的”的三重交叉点都会产生三个简单的交叉点。因此，100个里面具有未被正确地形成的3个三重交叉点的本发明的三轴向无纬稀松布对于97个三重交叉点包括9个简单交叉点，交叉点的总数为106。这导致相对于交叉点总数表示的简单交叉点的百分比为8.5％。
一组纤维中的所有纤维不一定在同一层中，但可以位于两个或更多个不同的纤维层中。换句话说，每一组纤维可以分成两个或更多个子组纤维，每个子组形成一个单独的纤维层。
在特定的实施方案中，将第一组纤维中的纤维分成第一子组纤维和第二子组纤维。两个子组分别形成无纬稀松布的两个最外层，其中两层偏置纤维优选夹在这两个外层之间。在该实施方案中，优选地，第一组纤维的每隔一根纤维都是同一子组纤维的一部分，即来自第一子组的纤维与第二子组的纤维交替，如图3所示。
因此，本发明优选的三轴向无纬稀松布由以下四层纤维构成，
- 由第一组纤维中的第一子组纤维构成的第一层，
- 由第二组纤维中的纤维构成的第二层，
- 由第三组纤维中的纤维构成的第三层，和
- 由第一组纤维中的第一子组纤维构成的第四层纤维。
本发明的目的是提供显示均匀高拉伸强度和低断裂伸长率的增强织物。
因此，纤维或纱线应选自表现出至少0.8GPa，优选1至10GPa，更优选1.1至5.0GPa并且甚至更优选1.2至1.8GPa的断裂拉伸强度，在50GPa至200GPa，优选60至100GPa的弹性模量，和至多10％，优选至多5％，甚至更优选至多3％的断裂伸长率的高阻力纤维或纱线。
在未经涂布的纤维或纱线上根据相应的标准测量断裂拉伸强度，弹性模量和断裂伸长率（参见例如ISO-3341 – Textile glass. Yarns. Determination of breaking force and breaking elongation; ASTM-D7269 – Standard Test Methods for Tensile Testing of Aramid Yarns; ISO-13002 – Carbon fibre. Designation system for filament yarns）。
纤维优选选自矿物纤维，芳纶纤维和碳纤维。E-玻璃纤维是最优选的。
矿物纤维优选为具有根据ISO 3341测量的至少30cN/tex，优选50-400cN/tex，并且更优选60-300cN/tex的韧度（拉伸强度）的复丝纱线。
本发明的无纬稀松布的未涂布纤维有利地具有60至600tex，优选70至500tex，更优选80至450tex的线密度。
在一个优选的实施方案中，三组纤维中的纤维的化学性质和线密度是相同的，即三组纤维使用相同的纤维，由此有助于得到的无纬稀松布的高度各向同性的机械性能。
三层或更多层纤维通过完全围绕纤维的涂层粘合在一起。该涂层足够薄，从而不会阻塞未涂布的稀松布的三角形开口。它适用于三层或更多层纤维的最终组装件。
涂层有利地包含有机聚合物，其优选为弹性体，和无机填料。
涂层可以在没有任何预处理的情况下施加到未涂布的玻璃纤维上。
涂层中有机聚合物的总量可以表示为根据EN ISO 1887测量的最终聚合物涂布的织物的烧失量（LOI）。
有机聚合物涂层通常占最终涂布的稀松布的6重量％至20重量％，优选7重量％至15重量％，更优选8至12重量％。
优选的有机聚合物选自苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚乙烯醇（PVOH）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、丙烯酸聚合物、烯烃聚合物、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、酚醛树脂、聚酰胺、丙烯酰胺，乙烯酯及其混合物。
无机填料优选选自氢氧化钙、高岭土、碳酸钙和硅砂，并且优选占干燥涂层的1至60重量％，更优选5至50重量％，甚至更优选10至40重量％。
本发明的最终涂布的三轴向无纬稀松布优选具有50g/m2至600g/m2，更优选100g/m2至500g/m2，甚至更优选130g/m2至200g/m2的表面重量(surface weight)。
纤维的每单位表面的厚度和数量应足够高以为稀松布提供定向均匀的高拉伸强度和低伸长率。
被定义为三角形开口的总表面与稀松布的总表面的比率的经涂布的无纬稀松布的“开口率”优选为50％至80％，更优选为55％至80％，并且甚至更优选为60至75％。
无纬稀松布可以是包含如上所述的三轴向无纬稀松布的纺织产品的一部分。
在这样的纺织产品中，一种或多种稀松布，优选只一种稀松布粘合到一种或多种机织、针织或无纺织物，例如玻璃纱，无纺聚合物垫或聚合物薄膜。
呈现定向均匀的高弹性模量、高拉伸强度和低伸长率的本发明的无纬稀松布特别适用于增强固体材料，特别是高强度和低伸长率的矿物材料如水力结合的材料。这里的“水力结合的材料”是指通过硬化含有水力粘合剂和水的混合物而获得的材料。水力粘合剂可以选自波特兰水泥，水硬石灰，高铝水泥，磺基铝酸钙水泥和碱激活水泥。
增强固体材料的方法可以包括
- 将本发明的三轴向无纬稀松布或纺织产品嵌入粘性基料，优选包含水和水力粘合剂的基料中，然后
- 硬化该粘性基料。
本发明的另一主题是包含如上所述的三轴向无纬稀松布的水力结合的固体产品或材料。水力结合的固体产品或材料优选选自壁、地板、面板(panel)、型材、厚板(slab)、管道(pipe)、管子(tube)、弯头(corner)以及外部隔热复合体系（ETICS）的表面渲染物。
现在参照附图详细描述本发明，其中：
图1示出了本发明的无纬稀松布的第一实施方案；
图2是本发明的无纬稀松布的第二实施方案；
图3是图2的无纬稀松布的透视图；
图4是本发明的无纬稀松布的第三实施方案；
图5是本发明的无纬稀松布的第四实施方案。
在图1所示的无纬稀松布中，第一组纤维中的纤维1a，1b是纬向纤维并且与横向平行。第一组偏置纤维2相对于第一组纤维中的纤维以60°的角度+α取向。第二组偏置纤维3相对于第一组纤维中的纤维以60°的角度-α取向。每组纤维中的平行纤维之间的距离在所有三组纤维中是相同的。所有交叉点都是三重交叉点，即三根纤维的交叉点。所有开口呈现等边三角形的形状。
第一组纤维包括第一子组纤维1a和第二子组纤维1b，第一和第二子组的纤维位于无纬稀松布的不同层中。
除了纤维1a，1b是沿纵向取向的经向纤维的事实之外，图2的稀松布与图1的稀松布相同。
图3的透视图示出了本发明的无纬稀松布的四层结构：
由经向纤维1b构成的最下面的第一层，
由偏置纤维2构成的第二层，
由偏置纤维3构成的第三层，和
由经向纤维1a构成的最上面的第四层，
第一和第四层的经向纤维全部彼此平行。
图4示出了本发明的无纬稀松布的实施方案，其中α约为45°。 由此产生的开口是直角等腰三角形。
图5示出了一个实施方案，其中α明显高于60°，导致获得具有锐角等腰三角形形状的开口。
Claims (22)
1.一种三轴向无纬稀松布，其包括第一组、第二组和第三组连续纤维，其中
- 每组纤维中的纤维规则地间隔开并且彼此平行，
- 第一组纤维中的纤维平行于稀松布的经向（纵向）或纬向（横向），
- 第二组纤维中的纤维和第三组纤维中的纤维相对于第一组纤维中的纤维分别以30°至80°的角度（-α）和（+α）彼此对称取向，
- 第二组纤维中的纤维之间的距离等于第三组纤维中的纤维之间的距离，
- 第二组纤维中的纤维在其与第一组纤维中的纤维交叉处与第三组纤维中的纤维交叉，由此界定具有等腰三角形形状的规则开口，
- 将所述第一组纤维中的纤维分成第一子组纤维和第二子组纤维，每个子组纤维形成单独的纤维层，和
- 借助不填充三角形开口的涂层涂布纤维并使其彼此连接
- 所述连续纤维选自具有1至10GPa的断裂拉伸强度、50GPa至200GPa的弹性模量、至多10％的断裂伸长率和根据ISO 3341测量的30c至400cN/tex的韧度的复丝矿物纤维纱线，并且所述复丝矿物纤维纱线涂有有机弹性体涂层，其包含占干燥涂层1至60重量％的无机填料。
2.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第二组和第三组纤维中的纤维相对于所述第一组纤维中的纤维分别以约60°的角度（-α）和（+α）取向，由此界定具有等边三角形形状的开口。
3.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其包括以下四层纤维，
- 由第一组纤维中的第一子组纤维构成的第一层，
- 由第二组纤维中的纤维构成的第二层，
- 由第三组纤维中的纤维构成的第三层，和
- 由第一组纤维中的第二子组纤维构成的第四层纤维。
4.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第一组、第二组和第三组纤维的规则间隔开的平行纤维之间的距离为3mm至30mm，所述距离定义为同一组纤维的两根相邻纤维的中心轴之间的距离。
5.根据权利要求4所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第一组、第二组和第三组纤维的规则间隔开的平行纤维之间的距离为5至25mm。
6.根据权利要求5所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第一组、第二组和第三组纤维的规则间隔开的平行纤维之间的距离为7至20mm。
7.根据权利要求6所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第一组、第二组和第三组纤维的规则间隔开的平行纤维之间的距离为8至15mm。
8.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其具有50g/m2至600g/ m2的表面重量。
9.根据权利要求8所述的三轴向无纬稀松布，其具有100g/m2至500g/m2的表面重量。
10.根据权利要求9所述的三轴向无纬稀松布，其具有130g/m2至200g/ m2的表面重量。
11.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其中所述第一组纤维中的纤维平行于所述稀松布的经向。
12.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其具有50％至80％的开口率，定义为开口的总表面与无纬稀松布的总表面的比率。
13.根据权利要求12所述的三轴向无纬稀松布，其具有55％至80％的开口率。
14.根据权利要求13所述的三轴向无纬稀松布，其具有60至75％的开口率。
15.根据权利要求1所述的三轴向无纬稀松布，其包含少于10％的简单交叉点，这些百分比相对于简单交叉点和三重交叉点的总数表达。
16.根据权利要求15所述的三轴向无纬稀松布，其包含少于5％的简单交叉点。
17.根据权利要求16所述的三轴向无纬稀松布，其包含少于2％的简单交叉点。
18.包含根据前述权利要求中任一项所述的三轴向无纬稀松布的纺织产品。
19.一种增强固体材料的方法，其包括：
- 将根据权利要求1至17中任一项所述的三轴向无纬稀松布或根据权利要求18所述的纺织产品嵌入粘性基料，然后
- 硬化所述粘性基料。
20.根据权利要求19所述的方法，所述粘性基料为包含水和水力粘合剂的基料。
21.一种水力结合的固体产品或材料，其包含根据权利要求1至17中任一项所述的三轴向无纬稀松布或根据权利要求18所述的纺织产品。
22.根据权利要求21所述的水力结合的固体产品或材料，其选自壁、地板、面板、型材、厚板、管道、管子、弯头以及外部隔热的复合体系（ETICS）的表面渲染物。
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