DE1760438C3

DE1760438C3 - Verfahren zur Herstellung eines Glasfaservlieses

Info

Publication number: DE1760438C3
Application number: DE1760438A
Authority: DE
Inventors: August Pieter Louis Apeldoorn Heidweiller (Niederlande)
Original assignee: Papierfabrieken Van Gelder Zonen Nv Amsterdam
Current assignee: Papierfabrieken Van Gelder Zonen Nv Amsterdam
Priority date: 1967-05-18
Filing date: 1968-05-17
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FI48615C; US3622445A; NL133247C; NL6706889A; BE715130A; DE1760438A1; DE1760438B2; FR1567461A; GB1211803A; AT294004B; NO122144B; CH501566A; FI48615B; ES354049A1; SE341156B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellungeines organische Fasern enthaltenden Glasfaservlieses hoher Faltfestigkeit mit einem Gewicht, von 10 bis 500 g/m² aus einer wäßrigen Suspension, Entfernen überschüssigen Wassers aus der Suspension auf einem bewegten Siebtuch, Zugabe eines Bindemittels nach oder während der vorhergehenden Arbeitsstufen und Trocknen der imprägnierten Fasermatte.

Glasfaservliese oder Glasfasermatten werden heutzutage in größerem Umfang zur Bewehrung von Kunststoffen verwendet, um die Festigkeitseigenschaften der aus diesen Kunststoffen hergestellten Gegenstände zu verbessern. Zur Herstellung derartiger Glasfasermaterialien wird häufig versponnenes Glas zunächst zu 0,3 bis 10 cm langen Glasbündeln geschnitten, die gewohnlich aus 200 bis 400 Elementarglasfaden bestehen. Diese Glasbündel werden mit Hilfe eines Luftstromes auf ein rotierendes Siebtuch geblasen, mit einem Bindemittel bespritzt und sodann erhitzt, wobei eine mehr oder weniger zusammenhängende Glasfasermatte erhalten wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß wegen der dicken Glasfaserbündel keine homogenen Matten vom Hasisgewicht unter 300 g/m² hergestellt werden können. Auch Glasfasermatten vom Basisgewitht 300 bis 500 g/m² sind, was ihre Festigkeitseigenschaften betrifft, noch sehr inhomogen, während sie außerdem eine ,iuLierst rohe Oberfläche mit mehreren vorstehenden Glasfaserbündeln aufweisen. Für Bewehrungszwecke wird daher neben dieser Matle meist ein Oberfiäehenvlies angewendet, damit (\s eine glatte Oberfläche erhalten wird.

Nach einem anderen Verfahren wird geschmolzenes Glas zu Glasfaden gezogen, die durch einen Luftstrom auf ein rotierendes Transporttuch gebracht werden. Nach Zugabe eines Bindemittels und nach dem Trocknen wird 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 be> letzterem Verfahren ein hochschmelzendes (1200⁰C), alkalifreies Glas (Ε-Glas) nicht angewendet werden, sondern nur das niederschmelzende Α-Glas (600⁰C) oder C-Glas (etwa 900° C). Weil das Α-Glas einen Alkaligehalt von etwa 13 % und das Ε-Glas einen Alkaligehalt von etwa 0,6% aufweist, ist es klar, daß A-Glas beträchtlich weniger witterungsbeständig ist als Ε-Glas, so daß obige Einschränkung als schwerer Nachteil empfunden wird. Außerdem haben zu 100% aus Glasfasern aufgebaute Faservliese den großen Nachteil, daß ihre Zugfestigkeit nach einigen Malen Falten gleich Null wird.

In der US-PS 30 35 965 ist ein Verfahren zu Herstellung eines glasfaserhaltigen Faservlieses (Papier) beschrieben, wobei ein nicht-fibrillierendes, organisches Fasrrmaterial zusammen mit Glasfasern im Verhältnis 1:2 bis 32:1 auf nassem Wege zu einem Faservlies verarbeitet wird. Die Glasfasern sind mit Bindemittel überzogen und dienen daher ausschließlich als Trägermaterial für das Bindemittel. Dies wird durch die Anwendung sehr teurer und hochfeiner Glasfasern vom Durchmesser 0,2 bis 2,5 Mikron unterstrichen, da Glasfasern dieser Art eine möglichst homogene Verteilung des Bindemittels sicherstellen. Die gebräuchlichen, handelsüblichen Glasfasern haben dahingegen Durchmesser zwischen 3 und 15 Mikron, zumeist zwischen 7 und 12 Mikron.

In der DE-PS 10 95 250 ist ein Naßverfahren zur Herstellung von Fasergebilden aus Glasfasersträngen über deren wäßrige Aufschlämmungen beschrieben, bei dem Faserbündel mit einem wasserunlöslichen Harz überzogen werden, daß bei Katalysatorzusatz und Temperaturen bis 100° auf die Glasfasern aufzieht und diese härtet. Nach einer Ausfuhrungsform dieser Arbeitsweise sollen in der Aufschlämmung noch hydratisierbare Fasern, wie Cellulosefasern, enthalten sein. Bei dieser Arbeitsweise werden verfilzte Gebilde erhalten, die für Anwendungszwecke, bei denen eine glatte Oberfläche erstrebt wird, nicht in Frage kommen. Die Faltfestigkeit der verfilzten Gebilde ist verbessert, aber noch unzureichend.

Die DD-PS 43 822 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Filtermaterial für die Abscheidung von Schwebstoffen, bei dem zunächst in bekannter Weise ein zu 100% aus Glasfasern bestehendes Vlies erzeugt wird und während dessen Herstellung organische Fasern, wie Chemiefasern oder dergleichen, aufgebracht oder eingebracht werden. Anschließend sollen dann die organischen Fasern mit Lösungsmitteldampf an ihrer Stelle fixiert werden, so daß nach dessen Entfernung ein tragfahiges Filtermaterialskelett vorliegt, bei dem durch am Vlies angebrachte Steppnähte oder auf anderem Wege entstandene Durchtrittsöffnungen für die Schwebestoffe vermieden werden. Welche organische Fasern für das nach diesem Trockenverfahren hergestellte Filtermaterial erfolgreich angewandt werden können, ist nicht angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren für die Herstelluni;, von Glasfaservliesen anzugeben, das sich mit hochschmelzendem E- und C-Glas durchführen läßt und zu Produkten mit sehr stark verbesserter Faltfestigkeit führt, wobei aber keine wesentliche

Verschlechterung hinsichtlich Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Vliese in Kauf genommen werden muß.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgsmäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß E- oder C-Glasfasern mit einem Durchmesser von 3 bis 15 Mikron und Polyester-, Polyamid- umi/oder Polyvinylchloridfasern im Gewichtsverhältnis zwischen den Glasfasern und den organischen Fasern von 10:1 bis 1:1 in Wasser suspendiert und 5 bis 50 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf die fertige Fasermatte, in Form von Fasern, in Wasser dispergierbaren Körnern oder einem Latex-Präzipitat zugegeben werden.

Es wird nur für die Gesamtheit dieser Verfahrensschritte Schutz begehrt.

Diese Maßnahmen haben das unerwartete Ergebnis, daß nach einigen Malen Knicken die Werte für die F?ltzahl um ein Vielfaches höher liegen als die bei Vliesen ohne Zusatzfasern gemessenen Werte, während die für Zugfestigkeit und Bruchdehnung ermittelten Werte nicht linear mit der prozentualen Zusammensetzung verlaufen, sondern erheblich zugunsten der Mischungen abweichen. In der Zeichnung ist z. B. der Verlauf der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung gegen die prozentuale Glas-Polyester-Zusammensetzung eines Faservlieses (50 g/m²), das als Bindemittel noch 2>% Polyvinylalkohol enthielt, aufgetragen.

Durch diese günstigen mechanischen Eigenschaften bedingt eignen sich die Mischfaservliese der Erfindung 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 Glas kann als geschnittenes Glasgarn, geschnittene Glasstapelfaser oder Glaswolle in Wasser suspendiert werden. Das Maß, in dem man die Glasfaserbündel auseinanderfalten läßt, kann abhängig von der bezweckten Anwendung des fertiggestellten Vlieses gesteuert werden. Wenn man das Endprodukt als Oberflächenvlies benutzen will, ist es erwünscht, die Bündel soviel wie möglich in ihre Einzelfäden auseinanderfallen zu lassen. Will man das Glasfaservlies dahingegen für Bewehrungszwecke verwenden, so ist es erwünscht, die Glasfaserbündel wenig oder nicht zu vermählen, wodurch ein offenes Material erhalten wird, das leicht Kunstharz aufnimmt.

Es können auch Mischungen der genannten organischen Faserarten verwendet werden. Erfindungsgemäß werden 1 bis 30 mm lange Stapelfasern einer Dicke von 1,5 bis 50 Denier angewendet. Der Querschnitt kann z. B. rund sein, aber auch laminar oder dreieckig. Auch Querschnitte, die davon abweichen, sind brauchbar, während die Fasern sowohl hohl wie massiv sein können.

Das Gewichtsverhältnis zwischen den Glasfasern und den organischen Fasern ist ferner erfindungsgemäß von 7:1 bis 3:1 begrenzt. Die Glasfasern und die organischen Fasern können zusammen mit einem dazu geeigneten Mahlwerkzeug 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 Anwendung des fertiggestellten Vlieses von entscheidender Bedeutung. Zum Erhalten eines dimensionsfesten Endproduktes werden Polyesterfasern bevorzugt, aber für eine Bewehrung von Polyvinylchlorid empfiehlt es sich, Polyvinylchloridfasern anzuwenden, wodurch eine bessere Haftung erreicht wird und die Dehnungseigenschaften praktisch gleich werden, so daß die Delaminierungsgefahrauf ein Minimum reduziert wird.

Als Bindemittel können die verschiedensten, als solche bekannten Stoffe angewendet werden, z. B. Harnstofformaldehyd-, Melaminformaldehyd- und Phenolharze. Polyester, Epoxyharze, Polyvinylacetat,

ίο Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polyacrylate, Polyurethane, Stärke- und Cellulosederivate sowie verschiedene Mischpolymere. Wenn das Vlies für eine Bewehrung eines schmelzbaren Materials, wie Bitumen, bestimmtist, empfiehlt es sich, ein Bindemittel mit großer Zugfestigkeit, geringer Dehnung und hohem Schmelzpunkt anzuwenden. Eine solche Kombination eignet sich besonders als Dachbedeckungsmaterial. Wenn das Glasfaservlies dahingegen für eine Bewehrung eines thermohärtenden Materials bestimmt ist, so empfiehlt es sich, ein Bindemittel zu wählen, das in dem noch nicht ausgehärteten, thermohärtenden Material lösbar ist. Das thermohärtende Material dient nämlich nach der Aushärtung als Bindemittel. Für ein Faservlies, das in einer Polyestermenge verarbeitet werden muß, wird vorzugsweise ein in Styrol löslicnes Bindemittel gewählt.

Das Bindemittel wird schon der Fasersuspension in Wasser zugegeben und aus diesem Gefüge auf dem beweglichen Siebtuch ein Vlies gebildet. Das Bindemittel muß in einer solchen Form zugegeben werden, daß es beim Entfernen des Wassers auf dem Kupfertuch und in der sich bildenden Fasermatte zurückbleibt, vorzugsweise in Form von Fasern, in Wasser dispergierbaren Körnern oder einem Latex-Präzipitat.

Die auf nassem Wege hergestellten Mischfaservliese können zwar in jeder gewünschten Dicke hergestellt werden. Die Erfindung erstrebt jedoch in erster Linie zwischen den Grenzen von 10 und 500 g/m², vorzugsweise zwischen 30 und 60 g/m², liegende Stärken.

Diese Vliese haben im Vergleich zu den auf trocknem Wege hergestellten Faservliese sehr gute Festigkeitseigenschaften, was der besonders homogenen Struktur des Vlieses zu verdanken ist. Es ist also möglich, Faservliese mit einer Zugfestigkeit in Quer- und Längsrichtung von 25 kp/5 cm herzustellen. Diese Werte sind doppelt so hoch wie die der bisher üblichen Vliese.

Beispiel 1

In einer Aufschlagmühle mit 2-Liter-Inhalt und einer Drehzahl von 2800 Drehungen/Min, werden 20 g Glasfaserbündel, erhalten aus einem Ε-Glas, die 10 mm lang und 12 Mikron dick sind, während 20 Min. in Wasser dispergiert. Diese Fasersuspension wird sodann mit Wasser verdünnt, bis der Trockenstoffgehalt 0,1% beträgt. Danach werden 7 g eines pulvrigen, in kaltem Wasser unlöslichen Harnstofformaldehyd-Vorkondensats zugegeben und durch Rühren homogen in der Fasermasse verteilt. 500 cm¹ der so erhaltenen Suspension werden dann auf einer folienbildenden Vorrich'ung zu einem Vlies gebildet; dieses Vlies wird gegautscht und auf eine Trockenplatte mit einer Temperatur von 105⁰C übertragen. Während der F.rhit/ung löst sich das Bindemittel in dem noch vorhandenen Wasser, wandert nach den Faserkreuzungen und heftet bei weiterer Trocknung die Fasern aiieiiiaiiuei Se 1:ϊiefΛ-

lieh wird noch 2 Min. auf 160° C erhitzt, um das HarnstolTormaldehydharz völlig auszukondensieren.

Diese Behandlung wid vollständig wiederholt, aber jetzt unter Anwendung von 15 g Glasfaserbündel und 5 g Polyamid (Poly-ζ -caprolactum(-Stapelfaser mit einer Länge von 15 mm und einer Dicke von 20 Denier.

Die Eigenschaften beider Faservliese sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.

	I-'aserzus;	immense tzung	75%
	100%	100%	E-Glas
	A-Glas	E-Glas	25% Poly
	(Handels-		amid
	produkti		52
Basisgewicht g/m²	55	51	23
Zugfestigkeit kp/5 cm	15	24	3
Bruchdehnung in %	2	2	50
Faltzahl*)	0	5
Zugfestigkeit nach 25mal			14
Knicken in kp/5 cm**)	0	0

*) Faltzahl nach Köhler-Molin bei einer Belastung von 800 g/1,5 cm.

**) Knickfestigkeitsbestimmung nach Bracht-Wesp bei einer Knickbelastung von 6 kgf.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt mit dem Unterschied, daß statt Hamstofformaldehyd Vorkondensat eine gleiche Menge Polyvinylalkoho und statt der Poly-ε-Caprolactamlasern eine gleiche Menge Polyälhylenglykol-Tcrephthalatfascrn (Terlen· ka) nut einer Länge vom 6 mm und einer Dicke vor 1,5 Denier angewendet werden

Die Eigenschaften sind in der nächsten Tabelle wie dergegeben:

Faserzusammensetzung

100% 100% 75% Λ-filits R-CiIiIS r.-Cilas 25% Polyester

Basisgewicht g/m²
Zugfestigkeit kp/5 cm
Bruchdehnung in %
Faltzahl*)

Zugfestigkeit nach 25mal
Knicken in kp/5 cm

51 28 2,5 10

52 27 3,5 3000

16,5

*) Faltzahl nach Köhler-Molin bei einer Belastung vot 400 g/1,5 cm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines organische Fasern enthaltenden Glasfaservlieses hoher Fallfestigkeit mit einem Gewicht von 10 bis 500 g/m² aus einer wäßrigen Suspension, Entfernen überschüssigen Wassers aus der Suspension auf einem bewegten Siebtuch, Zugabe eines Bindemittels nach oder während der vorhergehenden Arbeitsstufen und Trocknen der imprägnierten Fasermatte, dadurch gekennzeichnet, daß E- oder C-Glasfasern mit einem Durchmesser von 3 bis 15 Mikron und Polyester-, Polyamid- und/oder Polyvinylchloridfasern im Gewichtsverhältnis zwischen den Glasfasern und den organischen Fasern von 10:1 bis 1:1 in Wasser suspendiert und 5 bis 50 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf die fertige Fasermatte, in Form von Fasern, in Wasser dispergierbaren Körnern oder einem Latex-Präzipitat zügegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Glasfasern zu organischen Fasern auf 7:1 bis 3:1 eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Fasern Polyesterstapelfasern mit einer Länge von 1 bis 30 mm und einer Dicke von 1,5 bis 50 Denier verwendet werden.