DE1760438A1 - Verfahren zur Herstellung von Glasfaservliesen - Google Patents

Description

Köln, den 16. Mai I968 Kl/En

iCoriinklijke Papierfabrieken- Van GgIder Zonen N.V., Singel 236, Amsterdam (iPiederlande) '

Die Erfindung - bezieht .sich auf ein Verfahren zur Herstellung von"Glasfaservliesen. Glasfaservliese.oder Glasfasermatten werden heutzutage in größerem Umfang zur Bewehrung von Kunststoffen verwendet, um die !''estigkeitseigenschaften der aus dieson KunststoffGil hergestellten Gegenstände zu verbessern.

Zur -Herstellung von. Glasf-asermaterialien- wird, häufig versponnenes Glas zunächst zu O,.5 bis 10 ein langen Glasbünddn gesclmibten, v/eiuhe Glasbündel je geiföhnlich aus 200 bis 400 (k Sloi'ientarglasfüden bestehen. Diese Glasbündel ("choppedstrands") werden mit. Hilfe eines Luftstroiaes auf ein rotierendes Siebbuch geblasen, nut einem Bindemittel bespritzt, und sodann erhitzt, v/obei eine mehr oder vjeniger zusarnmenhängondc Glasfasei'iitatte erhalten v/ird. Dieses Verfahren hat jedooh den Ilachteil, daß (wegen der dicken Glasfaserbündel) keine homogeneii Matten vorn Basisgewicht unter 3OÖ g/m hergestellt werden können. Auch die Glasfasermatten vorn Basisgov/icht jSOO bis 500 g/m sind, was ihre Festigkeitseigenschaften betrifft, noch sehr inhomogen, während sie außerdem eine äußerst rohe Oberfläche mit mehreren vorstehenden Glas-· faserbündeln aufweisen. Für Bewehrungszweoke wird daher neben

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dieser Matte meist ein Oberflächenvlies angewendet, damit eine glatte Oberfläche erhalten wird.

Nach einem anderen Verfahren wird geschmolzenes Glas zu Glasfäden gezogen, die durch einen Luftstrom auf ein rotierendes Transporttuch gebracht werden. Nach Zugabe eines Bindemittels und nach dem Trocknen v/ird ein mehr oder weniger homogenes Glasvlies erhalten, das in einer dünneren Form hergestellt werden kann, als bei Anwendung der Glasfaserbündel möglich ist. Aus technischen Gründen kann bei letzterem Verfahren ein hochschmelzendes (120O⁰C) alkalifreies Glas (Ε-Glas) nicht angewendet werden, sondern nur das niederschrnelzende A-Glas (600°C) oder G-Glas (ca. 900⁰C). VJeil das Α-Glas einen Alkali-Gehalt von ca. IJ °/o und das Ε-Glas einen Alkali-Gehalt von ca. 0,6 fo auf v/eist, ist es klar, daß Α-Glas beträchtlich weniger witterungsbeständig ist als Ε-Glas, so daß obige Einschränkung als schwerer Nachteil empfunden wird. Außerdem haben zu 100 % aus Glasfasern aufgebaute Paservliese den großen Nachteil, daß ihre Zugfestigkeit nach einigen Malen Falten gleich Null wird.

Schließlich wird in dor US-Patentschrift 3.055.965 ein Verfahren zur Herstellung eines glasfaserhaltigen Faservlieses beschrieben, wobei man ein nicht-fibrillierendes organisches Fasermaterial zusammen mit ca* 10 Gew.-$ an Glasfasern, bezogen auf die organischen Fasern, auf nassem Wege zu einem Faservlies verarbeitet. Vieil die so erhaltenen Faservliese zum allergrößten Teil aus organischen Fasern bestehen, haben diese Vliese jedoch durchaus nicht den Charakter von Faservliesen, sondern vielmehr den der verwendeten organischen Fasern. Die Glasfasern dienen daher ausschließlich als Trägermaterial für das Bindemittel, was durch die Anwendung -sehr teuerer- hochfeiner Glasfasern vom Durchmesser 0,2 bis 2,5 Mikron unterstrichen wird, wodurch eine möglichst homogene Verteilung des Bindemittels gesichert werden muß. Die gebräuchlichen, handelsüblichen Glasfasern haben dahingegen Durchmesser zwischen 3 und 15 Mikron, zumeist .zwischen 7 und 12 Mikron.

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Die Erfindung bezieht sich nuni.iehr auf glashaltige Faservliese, die zwar- den Charakter von Glasfaservliesen haben, aber die obige Nachteile, besonders was den großen Festigkeitsvorlust nach einigen Malen Falten -betrifft, nicht aufi/eisen. Ss zeigte sieh, daß diese dadurch hergestellt werden können, 'laß i,;an zunächst 'ei^e- homogene Suspension von Fasern eines G- oder besser noch Ε-Glases vom Durchmesser > bis 15 Mikron -und Polyester-, Polyamid- oder Polyvinylchloridfasern in Viasser herstellt, wobei, das Gewichtsverhältnis zwischen den Glasfasern einerseits und den organischen Fasern andererseits zwischen 1G:1 u-"-d 1:1 liegt. Diese Suspension wird sodann auf ein bewegliches üiebtuc'.i .gebracht, der V'asserüberschuß vrird enti'eri.t, danach oder viähr end einer der. vorhergehenden-Stufen vrird ein Dindei.rlttel 2ΐΐ£;6ΰ^{ο1θι2η un(}3 cl.ie ein Binder.iittel enthaltende Faserplatte schließlich durch Erhitzen cetrocknet.

Die Beiiüischun<_, der P-dlyesterfaserji hat das unerwartete Resultat, daß die Vierte für die Zugfestigkeit, Bruchdehnung-, die Paltsaiii und die Zugfestigkeit nach einigen Malen Knicken nicht linear mit der prozentualen Zusammensetzung verlaufen, aber zugunsten der Mischungen abweichen. Dasselbe gilt in etwas geringerem Maße auch für die Beimischung von Polyamid- und Polyvinylchloridfasern. Ίη der beigefügten Zeichnung ist z.B. der Verlauf der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung gegen die prozentuale Glas/Pulyester-Zusammensetzung eines Faservlieses

(5Og/::^), das als Bindemittel noch 25 fs- Polyvinylalkohol enthielt, aufgetragen.

Durch diese günstigen mechanischen Eigenschaften der betreffenden Miseh-Paservliese eignen sich die erfindungsgemäßen Misch-Paservliese nicht nur zur Bewehrung von Kunststoffen, sondern auch als Trägermaterial, wenn man ein starkes und dennoch geschmeidiges, gegen Verfaulen beständiges und dimensionsfestes Trägermaterial braucht. -*

Das Glasfasermaterial wird vorzugsweise aus dem alkalifreien

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E-Glas hergestellt, obwohl auch C-Glas angewendet werden kann. Dieses Glas l:ann als geschnittene·.': Glasgarn, geschnittene Glasstapelfaser oder Glasv.Olle in '."acscr suspendiert werden. Das Maß, in dew r.an die Glasfaserbündel auseinanderfallen läßt, kann abhängig von der bezweckten Anwendung des fertiggestellten Vlieses geregelt werden. Wenn r.'an das Endprodukt als Oberflächenvlies benutzen will, ist es erwünscht, die Bündel soviel wie möglich in ihre Einzelfäden auseinanderfallen zu lassen. VJiIl man das Glasfaservlies dahingegen für Bewehrungszv/ecl:e verwenden, so ist es erwünscht, die Glasfaserbündel wenig oder nicht zu vermählen, vrodurch ein offenes Material erhalten uird, das leicht Kunstharz aufnimmt.

Als organische Fasern werden, wie schon gesagt, Polyvinylchlorid-, Polyamid- oder Polyesterfasern benutzt. Selbstverständlich können auch Mischungen dieser Faserarten verwendet werden. Vorzugsweise werden 5 bis 50 nini lange Stapelfasern einer Dicke von 1,5 bis 50 Denier angewendet. Der Querschnitt lcar.n z.B. rund sein, aber auch laminar oder dreieckig. Auch Querschnitte, die davon abweichen, sind brauchbar, während die Fasern sowohl hohl wie nassiv sein können.

Das Gewichtsverhältnis zwischen den Glasfasern und den organischen Fasern liegt zwischen 10:1 und 1:1, vorzugsweise zwischen J:l und J:l. Die Glasfasern und die organischen Fasern können zusammen mit einen: dazu geeigneten I-Iahlwerkzeug in Wasser dispergiert werden; es ist jedoch auch möglich, die Glasfasern und die organischen Fasern gesondert in Wasser zu suspendieren und beide Suspensionen darauf zu vereinigen.

Bei der Wahl der organischen Fasern ist die bezweckte Armen- · dung des fertiggestellten Vlieses von entscheidender Bedeutung, Zum Erhalten eines dimensionsfesten Endproduktes werden Polyesterfasern bevorzugt, aber für eine Bewehrung von Polyvinylchlorid empfiehlt es sieh, Polyvinylchloridfasern anzuwenden, wodurch eine bessere Heftung erreicht wird und die

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Dehnungseigenschaften praktisch gleich werden,, so daß die Delarninierungsgefahr auf ein Minimum reduziert wird.

Als Bindemittel können die verschiedensten, als solche bekannten Stoffe angewendet werden, z.B.. Harnstofformaldehyd-, MeIaminformaldehydun-d Phenolharze, Polyester, Epoxyharze, Polyvinylacetat., Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid,- Polyacrylate, Polyurethane, Stärke- und Cellulosederivate, sowie verschiedene Mischpolymeren. Uenn das Vlies für eine Bewehrung eines schmelzbaren Materials, wie Bitumen, bestimmt, ist, empfiehlt es sich, ein Bindemittel mit großer Zugfestigkeit geringer Dehnung und " A hohem Schmelzpunkt anzuwenden... Eine solche Kombination eignet sich besonders als Dachbedeekungsmaterial. 7Jenn das Glasfaservlies dahingegen für eine Bewehrung eine thermohärtenden Materials besclmmt ist, so empfiehlt es sich, ein Bindemittel zu wählen, das in den noch nicht ausgehärteten thermohärtenden Material lösbar ist. Das thermohärtends Material dient nänlich nach der Aushärtung als Bindemittel. Für ein Faservlies, das la einer Polyestermenge vorarbeitet'" werden muß, wird vorzugsweise ein in Styrol lösliches Bindemittel gewählt.

Die Menge des Bindemittels beträgt vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Vlieses» %

Das Bindemittel kann-auf die Fasern aufgebracht werden, indem man diese Fasern mit Biridamittel besprüht, bestreut und/oder ■imprägniert. Vorzugsweise wird das Bindemittel schon der Fasersuspension in Hasser zugegeben und aus diesem Gefüge auf "dem'beweglichen Siebtuch ein Vlies gebildet, Das Bindemittel r:uß in diesem Falle freilich in einer solchen Form zugegeben werden, daß es beim Entfernen des V/assers auf dem Kupfertuch und in der sich bildenden Faserplatte- zurückbleibt; vorzugsweise in Form von Fasern in Wasser dispergierbaren Körnern oder einem Latex-Präzipitat oder -Koazervat.

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Die betreffenden auf naßern Wege hergestellten Mischfaservliese können in jeder orwünschten Dicke hergestellt werden. Meisteas bleibt man jedoch zwischen den Grenzen von 10 und 500 g/ü. , vorzugsweise zwischen jJO ^υη^ βθ g/m . Diese Vliese haben im Vergleich mit den auf trockenem Wege hergestellten Paservliesen sehr gute Festigkeitseigenschaften. Das ist der besondershomogenen Struktur des Vlieses zu verdanken. Es ist also möglich, Faservliese mit einer Zugfestigkeit in Quer- und Längsrichtung von 25 kp/5 ein herzustellen. Diese Werte sind doppolt so hoch wie die der bisher üblichen Vliese.

In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert,

Beispiel 1

In einer Aufschlagmühle mit 2-Liter-Inhalt und einer Drehzahl von 28OO Drehungen/Min, wurden 20 g Glasfaserbündel, erhalten aus einem Ε-Glas, die 10 mm lang und 12 Mikron dick sind, während 20 Minuten in V/asser dispergiert. Diese Fasersuspension wurde sodann mit Wasser verdünnt,/in kaltem Wasser unlöslichen Harnstofformal'dehyd-Vorkondensats zugegeben und durch Rühren homogen in der Fasermasse verteilt. 500 errr der so erhaltenen Suspension wurden auf einer Folien bildenden Vorrichtung zu einem Vlies gebildet, dieses Vlies wurde gekautscht und auf eine Trockenplatte mit einer Temperatur von I05 C übertragen. Während der Erhitzung löst sich das Bindemittel in dem noch vorhandenen Wasser, wandert nach den Faserkreuzungen und heftet bei weiterer Trocknung die Fasern aneinander. Schließlich wurde noch 2 Hinuten auf l60°C erhitzt, um das Harnstoff orrnaldehydharz völlig auszukondensieren.

Die^Behandlung wurde vollständige wiederholt, aber jetzt unter Anwendung von 15 g Glasfaserbündeln und 5 g Polyamid (Poly-E-caprolactam) Stapelfaser mit einer Länge von 15 mm und einer Dicke von 20 Denier.

Die Eigenschaften beider Faservliese werden in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.

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m) bis der Trockenstoffgehalt 0,1 % betrug. Danach, wurden 7 g eines pulvrigen,

Paserzusamrnensetzung

	cm	100$ A-Glas (Handels- produkt)	100# E-Glas	75$ E-Glas 25^ Poly amid
/2 Basisgewicht g/m		55	51	52
Zugfestigkeit kp/5		15	24	23 .
Bruchdehnung in $	25mäl 3E3E)	2	2	3
Faltzahl 3t)	0	5	' 50
Zugfestigkeit nach Knicken in kp/5 om	0	0	14

3e) Fait zahl nach Köhler-Molin bei einer Belastung von 800 g/1,5 cm

3E3e) Knickfestigkeitsbestimmung nach Brecht-VJesp bei einer Knickbelastung von 6 kgf.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß statt HarnstofforiTialdehyd-Vorkondensat eine gleiche Menge Polyvinylalkohol und statt der Poly- ζ-Caprolactamfasern eine gleiche Menge Polyäthylenglykol-Terephthalatfasern (Terlenka) mit einer Länge von 6 min und einer Dicke von 1,5 Denier angewendet wurde.

Die Eigenschaften werden in der nächsten Tabelle wiedergegeben.

Faserzusammeiisetzung

•	g/m2	100^ A-Glas	100^ E-Glas	75^ E-GIaE 25^ Poly ester
Basisgewicht	kp/5 can	■55.	51	52 : .
Zugfestigkeit	in %	15	28	27
Bruchdehnung		2	2,5	3,5
Faltzahl 3e)	0	10	3000

Zugfestigkeit nach 25mal Knicken in kp/5 cm

16,5

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it) Faltzahl nach Köhler-Molin bei einer Belastung von 400 g/1,5 cw.

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Claims (8)

— J — Patentansprüche.

1) Verfahren zur Herstellung eines Glasfaservlieses :nit einem

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niedrigen Gewicht pro in und einer hohen Paltfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst eine homogene Suspen sion von C- oder Ε-Glasfasern vom Durchmesser Z> bis 15 Mikron und Polyester-, Polyamid- odor Polyvinyl chi oddi'asern in Wasser herstellt, v/obei das Gewichtsvorhältnis zwischen den Glasfasern einerseits und den organischen Pasern andererseits zwischen 10:1 und 1:1 liegt, diese Suspension sodann auf ein bev/egliohes SiebtUGh bringt,' den Überschuß an V/asser entfernt, darauf oder während einer der vorhergehenden Stufen ein Bindemittel zugibt und die ein Bindemittel enthaltende Pasermatte schließlich durch Erhitzen trocknet.

2) '/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dao .:?>indo;.iittel action während der Herstellung der Fasersuspension den übrigen Bestandteilen zugibt.

>) Verfahren räch den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß n.an soviel Bindemittel zugibt, daß dieses 5 bis 50 Gevi,-^ der fertiggestellten Pasermatte beträgt.

'!·) Vorfahren nach Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, da- das Gewicht sverhältriis von Glasfasern zu organischen Fasern 'Jil bis >:1 beträgt.

5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus einem alkalifreien Glas (E-Glas) hergestellt sind.

6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Pasern Polyesterstapelfasex'n mit· einer Länge von 1 bis 30 mm und einer Dicke von 1,5 bis 50 Denier sind.

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7) Verfahren nach den Anep*»tiehen % JaX* $^i dadurch nltokfrafceiGb* .'U* r net, daß man so *in.P|iiiieryliejS Ifti^iij^sin $ewiehii i|j&ft to"bts^:^^i 500 g/m , voraUgäWeisö 6O bis lO^^'^B^' herefcellfe, .^₁-'¹ - >^:,?~^t/$%

8) Olasfaservlies ,wif elfttm Bft«i8$«ifi||bt^Qn^O g/Vr^.^ine&W. ^;y ; Zugfestigkeit I^ ^tsr· ^ ^^ίΑφ^η 0$^£ ^i' -^Ms?

B- oder C-aiasfasern, organisoh

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