DE102012006689A1 - Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesstoffen, insbesondere von Glasfaservliesen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliese, insbesondere Glasfaservliesen, die einen sehr geringen Binderanteil aufweisen, sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Vliese bzw. Glasfaservliese und deren Verwendung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesen, insbesondere Glasfaservliesen, die einen sehr geringen Binderanteil aufweisen, sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Glasfaservliese und deren Verwendung
  • Die Herstellung von nassgelegten Vliesen ist seit mehr als 50 Jahren bekannt und bedient sich der ursprünglich für die Papierherstellung entwickelten Verfahren und Vorrichtungen.
  • Zur Herstellung von nassgelegten, beispielsweisen Glasfaservliesen werden die Glasfasern in einem sogenannten Pulper in Wasser dispergiert, wobei der Anteil an Glasfasern ca. 0,1–1 Gew.-% beträgt. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass die Glasfasern während der Dispergierung so wenig wie möglich geschädigt werden, d. h. im Wesentlichen keine Faserbrüche auftreten. Die dispergierten Glasfasern werden in einem oder mehreren Vorratsgefäßen zwischengelagert. Der Austrag erfolgt über den Stoffauslauf, wobei die Konzentration an Glasfasern um einen Faktor 10 bis 20 verringert wird. Der Austrag erfolgt auf ein umlaufendes Maschinensieb, durch welches das Wasser abgesaugt und das nassgelegte Glasfaservlies gebildet wird. Das abgesaugte Wasser wird dem Prozess wieder zugeführt, d. h. recycliert.
  • Anschließend wird auf das frisch gebildete Glasfaservlies ein Binder aufgebracht, welcher nach Trocknung bzw. Härtung eine Verfestigung des Glasfaservlieses bewirkt, so dass dieses aufgerollt bzw. weiterverarbeitet werden kann.
  • In Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet werden die Glasfasermaterialien, Glasfaserlängen und Glasfaserdurchmesser, sowie die Flächengewichte und der Binderauftrag eingestellt. Insbesondere bei der Herstellung von nassgelegten Glasfaservliesen mit geringem Binderanteil treten Probleme, beispielsweise durch Abriss, auf
  • Für eine Reihe von Anwendungen ist es erforderlich, Vliese mit einem Binder zu beaufschlagen, der nur teilweise vernetzt ist. Insbesondere bei der Herstellung von solchen nassgelegten Vliesen mit einem geringen Auftrages eines B-Stage Binders ergeben sich erhebliche Probleme bei der Herstellung, da die Vliese aufgrund der fehlenden Festigkeit sehr empfindlich sind und in herkömmlichen Verarbeitungsprozessen praktisch nicht verwendet werden können.
  • Bei der Herstellung von nassgelegten Vliesen treten Zugkräfte auf, die z. B. bei der Übergabe des Vlieses aus dem Ofen auf den Wickler nur durch entsprechende Zugfestigkeit des Vlieses kompensiert werden können. Weiterhin führen Scherkräfte beim Wickeln unweigerlich zur Delaminierung und Auflösung der Vliesstruktur, falls eine unzureichende Festigkeit des Vlieses vorliegt. Eine Verbesserung der Zugfestigkeiten ist natürlich durch die Verwendung von vollständig vernetzten Bindern möglich. Falls jedoch Vliese mit einem sehr geringen Bindergehalt erforderlich sind und der Binder zudem nicht vollständig vernetzt sein darf (B-Stage), lässt sich diese Lösung nicht realisieren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesen mit einem geringen Binderauftrag bereitzustellen, mit welchem Vliese, bei denen sich der Binder noch im B-Stage Zustand befindet, überhaupt herstellbar sind und mit welchem das Handling dieser Vliese verbessert wird.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesen umfassend die Maßnahmen:
    • (i) Dispergieren von Fasern in Wasser,
    • (ii) Auftragen der in Wasser dispergierten Fasern auf die Oberseite eines umlaufenden Maschinensiebes,
    • (iii) Bildung eines nassgelegten Vlieses durch Absaugen des vorhandenen Wassers von der Unterseite des umlaufenden Maschinensiebs,
    • (iv) Aufbringen eines Binders und ggf. Entfernen von überschüssigen Binder,
    • (v) teilweise Trocknung und Teilvernetzung des mit Binder beaufschlagten Vlieses,
    • (vi) Aufrollen der erhaltenen Warenbahn, dadurch gekennzeichnet, dass
    • (vii) der Binder in Maßnahme (iv) ein B-stagefähiges Bindersystem ist und das B-stagefähige Bindersystem in Maßnahme (v) in einen B-Stage Zustand überführt wird und
    • (viii) die Auftragsmenge des B-stagefähigen Bindersystem in Maßnahme (iv) maximal 20 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht, und
    • (ix) das B-stagefähige Bindersystem mindestens einen B-stagefähigen Binder und einen weiteren selbstvernetzenden Binder umfasst.
  • Die Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten nassgelegten Vliese besitzen eine gute mechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringem Binderanteil und sind insbesondere zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere Verbundwerkstoffe mit niedriger Brandlast einzusetzen.
  • Fasern
  • Bei den in Maßnahme (i) eingesetzten Fasern handelt es sich um diskontinuierliche Fasern, d. h. sogenannte Stapel- bzw. Schnittfasern. Bei den faserbildenden Materialien handelt es sich vorzugsweise um Naturfasern und/oder Fasern aus synthetisierten oder natürlichen Polymeren, keramische Fasern, Kohlenstofffasern, Mineralfasern oder Glasfasern, wobei diese auch in Form von Gemischen verwendet werden können.
  • Bei Mineral- und keramischen Fasern handelt es sich um Alumosilikat-, Keramik-, Dolomit-Wollastonitfasern oder aus Fasern von Vulkaniten, vorzugsweise Basalt-, Diabas- und/oder Melaphyrfasern, insbesondere Basaltfasern. Diabase und Melaphyre werden zusammengefasst als Paläobasalte bezeichnet und Diabas wird auch gerne als Grünstein bezeichnet.
  • Die durchschnittliche Länge der Mineralfasern beträgt zwischen 5 und 120 mm, vorzugsweise 10 bis 90 mm. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der Mineralfasern beträgt zwischen 5 und 30 μm, vorzugsweise zwischen 8 und 24 μm, besonders bevorzugt zwischen 8 und 15 μm.
  • Geeignete Materialien aus synthetisierten Polymermaterialien sind beispielsweise Polyamide, wie z. B. Polyhexamethylen-diadipamid, Polycaprolactam, aromatische oder teilaromatische Polyamide (”Aramide”), aliphatische Polyamide, wie z. B. Nylon, teilaromatische oder vollaromatische Polyester, Polyphenylensulfid (PPS), Polymere mit Ether- und Keto-gruppen, wie z. B. Polyetherketone (PEK) und Polyetheretherketon (PEEK), Polyolefine, wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen, Cellulose oder Polybenzimidazole. Neben den vorstehend genannten synthetischen Polymeren sind auch solche Polymere geeignet, die aus Lösung gesponnen werden.
  • Bevorzugt bestehen die Fasern jedoch aus schmelzspinnbaren Polyestern. Als Polyestermaterial kommen im Prinzip alle zur Faserherstellung geeigneten bekannten Typen in Betracht. Besonders bevorzugt sind Polyester, die mindestens 95 mol% Polyethylenterephthalat (PET) enthalten, insbesondere solche aus unmodifiziertem PET.
  • Die Einzeltiter der Stapelfasern im Vlies betragen zwischen 1 und 16 dtex, vorzugsweise 2 bis 10 dtex. Die Stapellänge beträgt 1 bis 100 mm, vorzugsweise 2 bis 50 mm, besonders bevorzugt 2 bis 30 mm.
  • Bei den Naturfasern handelt es sich um Pflanzenfasern, Fasern abgeleitet von Gräsern, Stroh, Holz, Bambus, Schilf und Bast oder Fasern tierischen Ursprungs. Der Sammelbegriff ”Pflanzenfasern” umfasst Baumwolle, Kapok oder Pappelflaum, Bastfasern, wie Bambusfaser, Hanf, Jute, Leinen oder Ramie, Hartfasern, wie Sisal oder Manila, oder Fruchtfasern, wie Kokos. Bei Fasern tierischen Ursprungs handelt es sich um Wolle, Tierhaare, Federn und Seiden.
  • Bei den textilen Flächen aus Fasern aus natürlichen Polymeren handelt es sich um zellulosische Fasern, wie Viskose, oder Pflanzen- oder Tiereiweißfasern. Insbesondere um Cellulosefasern.
  • Die durchschnittliche Länge der Cellulosefasern beträgt zwischen 1 und 25 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm. Der durchschnittliche Durchmesser der Cellulosefasern beträgt zwischen 5 und 50 μm, vorzugsweise zwischen 15 und 30 μm.
  • Geeignete Glasfasern umfassen jene, die aus A-Glas, E-Glas, S-Glas, C-Glas, T-Glas oder R-Glas hergestellt wurden.
  • Die durchschnittliche Länge der Glasfasern beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 120 mm, insbesondere 10 bis 90 mm. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der Glasfasern beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 30 μm, insbesondere zwischen 8 und 24 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 21.
  • Neben den vorstehend genannten Durchmessern können auch so genannte Glas-Mikrofasern Verwendung finden. Der bevorzugte durchschnittliche Durchmesser der Glasmikrofasern ist hierbei zwischen 0,1 und 5 μm.
  • Faser Dispersion
  • Die Maßnahmen zur Dispersion der in Schritt (i) eingesetzten Fasern sind dem Fachmann bekannt. Die genauen Prozessbedingungen sind abhängig von den Fasermaterialien und den gewünschten Flächengewichten des zu bildenden Vlieses.
  • Die im Folgenden beschriebenen Prozesse beziehen sich auf die Herstellung von Glasfaservliesen, jedoch sind die entsprechenden Prozessschritte auch bei anderen Fasermaterialien ähnlich und dem Fachmann bekannt.
  • Grundsätzlich werden die Fasern in einem sogenannten Pulper in Wasser dispergiert, wobei im Falle von Glasfasern der Anteil der Glasfasern ca. 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% beträgt.
  • Die dispergierten Glasfasern werden üblicherweise in einem oder mehreren Vorratsgefäßen zwischengelagert, wobei Ablagerung der Glasfasern verhindert werden muss. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt.
  • Der Austrag der Glasfaser/Wasser Dispersion bzw. der Auftrag gemäß Maßnahme (ii) erfolgt über den Stoffauslauf, wobei die Konzentration an Glasfasern um einen Faktor 10–20 verringert wird. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt.
  • Dem zur Herstellung der Glasfaser/Wasser Dispersion eingesetzten Wasser können weitere Hilfsstoffe zugesetzt werden. Hierbei handelt es sich üblicherweise um Verdicker und Tenside. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt. Zusätzlich kann dem Wasser auch das für die Verfestigung verantwortliche B-stagefähige Bindersystem zugesetzt werden, so dass Maßnahme (iv) ganz oder zumindest teilweise entfallen kann.
  • Der Austrag der Faser/Wasser Dispersion erfolgt auf ein umlaufendes Maschinensieb, durch welches das Wasser abgesaugt und das nassgelegte Faservlies gebildet wird (Maßnahme (iii)). Das abgesaugte Wasser wird dem Prozess wieder zugeführt, d. h. recycliert. Zur Herstellung des nassgelegten Glasvlieses werden bekannte Vorrichtungen verwendet, beispielsweise der im Markt bekannte Voith Hydroformer® oder der Sandy Hill Deltaformer®.
  • Das Flächengewicht des gebildeten Vlies, insbesondere des gebildeten Glasfaservlieses beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 500 g/m2, insbesondere zwischen 50 und 300 g/m2, wobei sich diesen Angaben auf ein Glasvlies mit Binder und ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders, bezieht.
  • Das nassgelegte Vlies kann auch aus Mischungen unterschiedlicher Fasern bestehen. Vliese, die aus synthetischen, polymeren Fasern und aus Glasfasern bestehen, sind insbesondere geeignet. Der Glasfaseranteile beträgt zwischen 20–80 Gew.-%, insbesondere zwischen 30–60 Gew.-%, wobei sich die Angaben auf das Gesamtgewicht des Vlieses ohne Binder beziehen.
  • Binder
  • In Maßnahme (iv) wird auf das frisch gebildete, nassgelegte Glasvlies, welches sich noch auf dem umlaufenden Maschinensieb befindet, ein B-stagefähiges Bindersystem aufgebracht. Überschüssiger Binder kann über das Maschinensieb abgesaugt werden, so dass das Bindersystem gleichmäßig verteilt im Glasvlies vorliegt.
  • Hierbei hat sich gezeigt, dass bei Einsatz von B-Stage Bindern und bei geringen Binderauftragsmengen keine ausreichende Stabilität der Glassvliese resultiert, so dass diese so nicht hergestellt werden können. Fehlende Längs- und Querfestigkeiten führen zum Reisen des Vlieses, zur Delaminierung beim Aufwickeln oder gar zur Auflösung der Vliesstruktur, mindestens aber zu extremen Produkt-Inhomogenitäten und damit zu erheblichen Ausbeuteverlusten.
  • Zur Vermeidung der genannten Probleme wird ein B-stagefähige Bindersystem verwendet. Das erfindungsgemäß eingesetzte B-stagefähige Bindersystem umfasst (i) mindestens einen B-stagefähigen Binder und (ii) mindestens einen weiteren, selbstvernetzenden, vorzugsweise einen thermisch vernetzenden, Binder.
  • Die Auftragsmenge des B-stagefähigen Bindersystem in Maßnahme (iv) beträgt maximal 20 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung und Vernetzung des Binders bezieht.
  • Als B-stagefähige Binder werden Binder verstanden, die nur teilweise verfestigt bzw. gehärtet sind, d. h. im B-Stage Zustand vorliegen, und noch eine Endverfestigung, beispielsweise durch thermische Nachbehandlung, erfahren können. Derartige B-Stage Binder sind in US-A-5,837,620 , US-A-6,303,207 und US-A-6,331,339 eingehend beschrieben. Die dort offenbarten B-Stage Binder sind auch Gegenstand der vorliegenden Beschreibung. Bei B-Stage-Binder handelt es sich vorzugsweise um Binder auf Basis von Furfurylalkohol-Formaide-hyd-, Phenol-Formaldehyd-, Melamin-Formaldehyd-, Harnstoff-Formaldehydharzen und deren Gemische. Vorzugsweise handelt es sich um wässrige Systeme. Weitere bevorzugte Bindersysteme sind Formaldehyd-freie Binder. B-Stage Binder zeichnen sich dadurch aus, dass sie einer mehrstufigen Härtung unterworfen werden können, d. h. nach der ersten Härtung bzw. den ersten Härtungen noch eine ausreichende Binderwirkung aufweisen (B-Stage Zustand), um diese für die weitere Verarbeitung nutzen zu können. Üblicherweise werden derartige Binder nach Zusatz eines Katalysators bei Temperaturen von ca. 350F in einem Schritt gehärtet.
  • Zur Bildung des B-Steges werden derartige Binder ggf. nach Zusatz eines Katalysators gehärtet. Der Härtungs-Katalysator-Anteil beträgt bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtbindergehalt). Als Härtungs-Katalysator sind beispielsweise Ammoniumnitrat sowie organische, aromatische Säuren, z. B. Maleinsäure und p-Toluolsulfonsäure geeignet, da dieser den B-Stege-Zustand schneller erreichen lässt. Neben Ammoniumnitrat, Maleinsäure und p-Toluolsulfonsäure sind alle Materialien als Härtungs-Katalysator geeignet, welche eine vergleichbare saure Funktion aufweisen. Zum Erreichen des B-Stages wird das mit dem Binder imprägnierte textile Flächengebilde unter Temperatureinfluss getrocknet, ohne eine Komplettaushärtung zu erzeugen. Die erforderlichen Prozessparameter sind vom gewählten Bindersystem abhängig.
  • Die untere Temperaturgrenze kann durch Wahl der Dauer bzw. durch Zusatz von größeren oder stärker sauren Härtungs-Katalysatoren beeinflusst werden.
  • Besonders bevorzugt sind B-Stage Binder auf Basis von Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melamin-Formaldehyd (MF), Epoxid, oder Mischungen aus UF- und MF-Bindern.
  • Selbstvernetzenden Binder sind Binder, die ohne Zusatz eines Katalysators chemisch vollständig durchreagieren. Die Vernetzung wird vorzugsweise thermisch induziert. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere wässrige Acrylatdispersionen, Polymerdispersionen aus Vinylacetat und Ethylen, oder ähnliche selbstvernetzende, insbesondere thermisch selbst-vernetzende, Binder geeignet sind. Besonders geeignet sind Acrylat-Binder.
  • Der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B-stagefähigen Bindersystem beträgt maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-% und besonders bevorzugt maximal 10 Gew.-%, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders.
  • Der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B-stagefähigen Bindersystem beträgt mindestens 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders.
  • Das Aufbringen des B-stagefähigen Bindersystems kann mit Hilfe bekannter Methoden erfolgen. Neben Aufsprühen, Durchtränken und Einpressen kann der Binder auch mittels Beschichten oder mittels Rotationsdüsenköpfen aufgebracht werden. Des Weiteren ist auch eine Schaumauftragung möglich.
  • Die Trocknung in Maßnahme (v) erfolgt bei Temperaturen zwischen 90°C und max. 200°C, wobei die Verweilzeit im Trockner typischerweise zwischen 30 und 60 Sekunden bei dem vorstehend genannten Temperaturbereich betragen. Die Trocknung gemäß Maßnahme (v) bewirkt, dass der B-stagefähige Binder zumindest teilweise aushärtet, jedoch nicht vollständig und der zusätzliche, selbstvernetzende Binder vollständig aushärtet ist.
  • Der Aushärtungsgrad des B-Stage Binders wird üblicherweise durch Messung der bei der vollständigen Aushärtung entstehenden Kondensationsfeuchte bestimmt. Die Restfeuchte wird als relative Gewichtsänderung einer Probe bei Einwirkung einer Temperatur von 170°C für 2 Minuten bestimmt. Eine vollständige Aushärtung führt zur Restfeuchten von weniger als 1%. Unvollständig vernetzte Binder, d. h. Binder im B-Stage, ergeben im erfindungsgemäß hergestellten Vliesen Restfeuchten zwischen 1% und 5%, bevorzugt zwischen 1,5% und 4%.
  • Alternativ ist es möglich, den Aushärtungsgrad mit Hilfe der Zugfestigkeit des Vlieses zu bestimmen. Eine vollständige Aushärtung des B-stagefähigen Bindersystems wird bei einer Zugfestigkeit von min. 95% oder mehr der maximal möglichen Zugfestigkeit angenommen. Die Trocknung in Maßnahme (v) bewirkt, dass der B-Stage Binder noch nicht vollständig vernetzt wird und das Vlies eine Zugfestigkeit von weniger als 20% der maximal möglichen Zugfestigkeit aufweist (gem. DIN EN 29073T3).
  • Zur Trocknung des nassgelegten Glasvlieses werden bekannte Trockenvorrichtungen verwendet.
  • Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten nassgelegten Glasvliese weisen einen geringen Binderanteil auf. Die Menge aller Binder beträgt maximal 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Vlieses. Bevorzugt beträgt die Menge aller Binder zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-%. Bevorzugt enthalten die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten nassgelegten Vlies, insbesondere Glasvliese, ausschließlich das erfindungsgemäß eingesetzte B-stagefähige Bindersystem und keine weiteren zusätzlichen Binder.
  • Das Aufrollen des fertigen, nassgelegten Glasvlieses erfolgt mittels bekannter Methoden.
  • Die vorstehend genannten bevorzugten Bereiche für Faserlänge, Faserdurchmesser, Flächengewicht, Binder und Porosität sind jeweils unabhängig voneinander frei kombinierbar und jede mögliche Kombination der jeweiligen bevorzugten Bereiche ist somit explizit Bestandteil der vorliegenden Beschreibung.
  • Verstärkung
  • Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten nassgelegten Glassvliese können zusätzlich noch eine weitere Verstärkung aufweisen.
  • Die Zuführung von flächigen Verstärkungen erfolgt typischerweise auf der Oberseite des umlaufenden Maschinensiebes, auf welcher die Bildung des nassgelegten Glasfaservlieses erfolgt.
  • Die Zuführung von Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne erfolgt wie im Falle der flächigen Verstärkung oder individuell, d. h. von oben oder der Seite, wobei die Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne mittig in das gebildete Vlieses eingebaut werden oder auf der Ober- und/oder Unterseite. Die Position des Einbaus ergibt sich aus dem genauen Ort der Zuführung im Bereich der Vliesbildung auf dem Maschinensieb. Letztlich ergeben sich im Einschränkungen lediglich aus der Bauart der eingesetzten Vliesbildner.
  • Bei den Verstärkungen handelt es sich vorzugsweise um Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne erhalten, deren Young-Modul mindestens 5 Gpa, bevorzugt mindestens 10 Gpa, besonders bevorzugt mindestens 20 Gpa, betragen.
  • Die Verstärkungsfäden, d. h. sowohl die Monofile, Rovings oder auch die Garne, haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und 1 mm oder 10–2400 tex, vorzugsweise 0,1 und 0,5 mm, insbesondere 0,1 und 0,3 mm und besitzen eine Bruchdehnung von 0,5 bis 100%, vorzugsweise 1 bis 60%.
  • Bevorzugt werden als Verstärkungen Fäden, insbesondere Multifilamente und/oder Monofilamente, auf Basis von Polyester, Aramiden, vorzugsweise sogenannte Hoch-Modul-Aramide, Kohlenstoff, Glas, Glasrovings, Mineralfasern (Basalt), hochfeste Polyester-Monofilamente oder -Multifilamente, hochfeste Polyamid-Monofilamente oder -Multifilamente, sowie sogenannte Hybridmultifilamentgarne (Garne enthaltend Verstärkungsfasern und tieferschmelzende Bindefasern) oder Drähte (Monofilamente) aus Metallen oder metallischen Legierungen eingesetzt. Die Auswahl des Materials wird durch die Trocknungstemperaturen in Maßnahme (v) vorgegeben.
  • Bevorzugte Verstärkungen bestehen aus wirtschaftlichen Gründen aus Glas-Multifilamenten in Form von – im Wesentlichen – parallelen Fadenscharen oder Gelegen. Meist erfolgt nur eine Verstärkung in Längsrichtung des Glasvlieses durch – im Wesentlichen – parallel laufende Fadenscharen.
  • Die Verstärkungsfäden können als Netze, Gitter oder Gelege angeordnet, eingesetzt werden. Bevorzugt werden Verstärkungen mit zueinander parallel laufenden Verstärkungsgarnen, also Kettfadenscharen, sowie Gelege oder Gitter.
  • Die Fadendichte kann in Abhängigkeit vom gewünschten Eigenschaftsprofil in weiten Grenzen schwanken: Bevorzugt beträgt die Fadendichte zwischen 20 und 250 Fäden pro Meter. Die Fadendichte wird senkrecht zur Fadenlaufrichtung gemessen. Die Verstärkungsfäden werden vorzugsweise vor der Bildung des Glasvlieses auf der Oberseite des umlaufenden Maschinensiebes zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Fäden während der Bildung des Glasvlieses zuzuführen, so dass diese eingebettet werden.
  • Beispiele
  • Glasfaservliese werden mit Hilfe des üblichen Nasslegeverfahrens hergestellt. Die verwendeten Glasfasern sind 13 μ E-Glasfasern von 18 mm Länge.
  • Nach Bildung des Vlieses erfolgt der Binderauftrag durch Verwendung eines MF-Binders (Madurit MW 830 von Fa. INEOS) unter Zugabe eines Härters (0,3% Deuracure KF von Fa. Deurawood). Anschließend erfolgt die Trocknung bei 120°C für 35 sec in einem Ofen. Die Festigkeiten wurden gemäß DIN EN 29073T3 an 5 cm breiten Proben gemessen.
  • Die Restfeuchte wurde nach der Trocknung im Ofen am Endprodukt bestimmt. Die Nassfestigkeit des Vlieses wird an Prüflingen bei Raumtemperatur (ca. 21°C) nach 10 min. Wässerung im Wasserbad gemäß DIN EN 29073T3 bestimmt.
  • Beispiel 1 (Vergleich):
    • Gesamtflächengewicht des Vlieses: 240 g/m2
    • Binder: 100% MF
    • Binderanteil (Glühverlust): 15%.
    • Zugfestigkeiten (längst): 11 N/5 cm
    • Zugfestigkeiten (quer): 8 N/5 cm
    • Nassfestigkeit: nicht messbar
    • Restfeuchte: 2,8%
  • Beispiel 2 (erfindungsgemäß):
    • Gesamtflächengewicht des Vlieses: 240 g/m2
    • Binder: 95% MF + 5% Acronal
    • Binderanteil (Glühverlust): 15%.
    • Zugfestigkeiten (längst): 202 N/5 cm
    • Zugfestigkeiten (quer):
    • Nassfestigkeit: 1,75 N/5 cm
    • Restfeuchte: 2,52%
  • Beispiel 3 (erfindungsgemäß):
    • Gesamtflächengewicht des Vlieses: 240 g/m2
    • Binder: 90% MF + 10% Acronal
    • Binderanteil (Glühverlust): 15%.
    • Zugfestigkeiten (längst): 269 N/5 cm
    • Zugfestigkeiten (quer): 8 N/5 cm
    • Nassfestigkeit: 1,11 N/5 cm
    • Restfeuchte: 2,08%
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5837620 A [0036]
    • US 6303207 A [0036]
    • US 6331339 A [0036]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 29073T3 [0046]
    • DIN EN 29073T3 [0061]
    • DIN EN 29073T3 [0062]

Claims (18)

  1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesen umfassend die Maßnahmen: (i) Dispergieren von Fasern in Wasser, (ii) Auftragen der in Wasser dispergierten Fasern auf die Oberseite eines umlaufenden Maschinensiebes, (iii) Bildung eines nassgelegten Vlieses durch Absaugen des vorhandenen Wassers von der Unterseite des umlaufenden Maschinensiebs, (iv) Aufbringen eines Binders und ggf. Entfernen von überschüssigen Binder, (v) teilweise Trocknung und Teilvernetzung des mit Binder beaufschlagten Vlieses, (vi) Aufrollen der erhaltenen Warenbahn, dadurch gekennzeichnet, dass (vii) der Binder in Maßnahme (iv) ein B-stagefähiges Bindersystem ist und das B-stagefähige Bindersystem in Maßnahme (v) in einen B-Stage Zustand überführt wird und (viii) die Auftragsmenge des B-stagefähigen Bindersystem in Maßnahme (iv) maximal 20 Gew.-%, bevorzugt 15 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht, und (ix) das B-stagefähige Bindersystem mindestens einen B-stagefähigen Binder und einen weiteren selbstvernetzenden Binder umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um diskontinuierliche Fasern ausgewählt aus der Gruppe der Naturfasern, Fasern aus synthetisierten Polymere, Fasern aus natürlichen Polymeren, keramischen Fasern, Kohlenstofffasern, Mineralfasern, Glasfasern oder Gemische aus zwei oder mehreren der vorstehend genannten Fasern handelt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beiden Fasern um Glasfasern, vorzugsweise aus A-Glas, E-Glas, S-Glas, C-Glas, T-Glas oder R-Glas, handelt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um Mineral- und keramische Fasern, vorzugsweise um Alumosilikat-, Keramik-, Dolomit- Wollastonitfasern oder aus Fasern von Vulkaniten, insbesondere Basalt-, Diabas- und/oder Melaphyrfasern, handelt
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine durchschnittliche Länge zwischen 5 und 120 mm, vorzugsweise 10 bis 90 mm, aufweisen.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 5 und 30 μm, vorzugsweise zwischen 8 und 24 μm, aufweisen.
  7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht des Vlieses zwischen 20 und 500 g/m2, vorzugsweise zwischen 50 und 300 g/m2, beträgt, wobei sich diesen Angaben auf ein Vlies mit Binder und ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders, bezieht.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Glasvlies ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Glasvlies ist dessen Glasfaseranteile zwischen 20–80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 30–60 Gew.-%, wobei sich die Angaben auf das Gesamtgewicht des Vlieses ohne Binder beziehen, beträgt.
  10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der B-stagefähige Binder im B-stagefähigen Bindersystem ein Binder auf Basis von Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melamin-Formaldehyd (MF), Epoxid, oder Mischungen aus UF- und MF-Bindern, ist.
  11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der selbstvernetzende Binder im B-stagefähigen Bindersystem wässrige Acrylatdispersionen und/oder Polymerdispersionen aus Vinylacetat und Ethylen umfasst.
  12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B stagefähigen Bindersystem maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-% und insbesondere maximal 10 Gew.-%, beträgt, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders.
  13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B-stagefähigen Bindersystem mindestens 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, beträgt, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders.
  14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung in Maßnahme (v) bei Temperaturen zwischen 90°C und max. 200°C erfolgt, die Restfeuchte des B-Stage Binders mindestens 1%, vorzugsweise zwischen 1% und 5%, beträgt und der zusätzliche, selbstvernetzende Binder vollständig aushärtet.
  15. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite des umlaufenden Maschinensiebes, auf welcher die Bildung des nassgelegten Vlieses erfolgt, zusätzlich noch eine weitere flächige Verstärkung zugeführt wird, die im Vlies verbleibt.
  16. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bildung des nassgelegten Vlieses Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne zugeführt werden und diese Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne mittig oder auf der Oberseite und/oder Unterseite des gebildeten nassgelegten Vlieses eingebaut werden und im Vlies verbleiben.
  17. Nassgelegtes Vlies mit einem Flächengewicht zwischen 20 und 500 g/m2, vorzugsweise zwischen 50 und 300 g/m2, umfassend: (i) diskontinuierliche Fasern, (ii) maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, eines B-stagefähigen Bindersystem wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht, (iii) das B-stagefähigen Bindersystem mindestens einen B-stagefähigen Binder und mindestens einen weiteren selbstvernetzenden Binder umfasst, (iv) der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B-stagefähigen Bindersystem maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-% und insbesondere maximal 10 Gew.-%, beträgt, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders, (v) der Anteil des selbstvernetzenden Binders am B-stagefähigen Bindersystem mindestens 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, beträgt, wobei die Werte sich auf das B-stagefähige Bindersystem (B-stage Binder und selbstvernetzender Binder) beziehen, ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung und vollständiger Vernetzung des Binders, (vi) die Restfeuchte des B-stagefähigen Binders mindestens 1%, vorzugsweise zwischen 1% und 5%, beträgt, (vii) der zusätzliche, selbstvernetzende Binder vollständig aushärtet ist.
  18. Verwendung des Vlieses gemäß Anspruch 17 zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere mehrschichtigen Verbundwerkstoffen.
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