-
Mit einem Inpräqniermittel beschichtete Glasfaser
-
Die Erfindung betrifft eine mit einem Imprägniermittel beschichtete
Glasfaser sowie ein Imprägniermittel zum Beschichten von Verstärkungsmaterialien,
insbesondere von Glasfasern.
-
Die Verwendung elastomerer, faserverstärkter, insbesondere glasfaserverstärkter
Erzeugnisse ist bekannt. Derartige Erzeugnisse werden bei Fahrzeugreifen, Antriebsriemen,
Förderbändern und ähnlichem verwendet.
-
Eine erhebliche Verbesserung der Bindung zwischen dem Elastomer
und
der Verstärkungseinlage, die auch die Form von Schnüren haben kann, wird durch eine
Imprägnierung der VerstArkungseinlage erreicht.
-
Sofern als Einlage Glasfasern Verwendung finden, werden diese üblicherweise
bei der Herstellung mit einer Schlichte versehen.
-
Die einzelnen Fasern werden mit anderen Strängen verfacht und/ oder
zur Bildung von Fäden, Garnen und schnurähnlichen Kordeln verdrillt. Die Vielzahl
von Strängen wird dann üblicherweise mit einem mit dem Elastomer verträglichen Latexabkömmling
imprägniert. Anschliessend werden die Stränge getrocknet, damit sich das Imprägniermittel
auf der äusseren Oberfläche des Glasbündels absetzt, und anschliessend gehärtet.
-
Zum Imnrägnieren von Reifeneinlagen können Mittel verschiedener Art
verwendet werden. Üblicherweise umfassen diese eine Mischung von Resorcinol-Formaldehdharzen
in Kombination mit verschiedenen Latexen, wie z.13. Neoprengummilatex, Butadienlatex
und dergleichen. In vielen derartigen imprägniermitteln bildet der Neoprengummilatex
den Hauptbestandteil.
-
Der Erfindung liest die Aufgabe zugrunde, ein Imprägniermittel vorzuschlagen,
welches besonders für die Verwendung von Glasfasern geeignet ist, welche als Verstärkung
in Elastomeren dienen.
-
Line andere Aufgabe ist darin zu sehen, derartige mit einem Imprägniermittel
versehene Glasfasern zu schaffen.
-
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Imprägniermittel
gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einem Rückstand besteht, welcher aus
einer im wesentlichen aus einem Vinylpyridin-Terpolymer, einem Polybutadien-Latex,
einer Wachsemulsion und einem :Resorcinol-Formaldehyaharz bestehenden Mischung durch
Wasserentzug gebildet ist.
-
Die zweite Aufgabe wird durch eine mit einem Imprägniermittel beschichtete
Glasfaser gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Imprägniermittel aus
einem Rückstand besteht, welcher aus einer im wesentlichen aus einem Vinylpyridin-Terpolymer,
einem Polybutadien-Latex, einer Wachsemulsion und einem Resorcinol-Formaldehydharz
bestehenden Mischung durch Wasserentzug gebildet ist.
-
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen
der Unteransprüche.
-
Während das erfindungsgemässe Imprägniermittel bei den unterschiedlicnsten
Verstärkungsmaterialien verwendbar ist, wie z.B. bei natürlichen und synthetischen
Fasern, Glasfasern und Stahl, wird seine Anwendung im folgenden bei Glasfasern beschrieben,
ohne dass damit der Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkt werden soll.
-
Das erfindungsgemässe Imprägniermittel kann bei den unterschiedlichsten
Glasfasern verwendet werden. Vorzugsweise wird es bei Glasfasern aus E-Glas mit
einem Durchmesser im Bereich zwischen etwa 8,891u bis 12,7/u verwendet. Das Glas
kann mit einer bei der Elastomerverstärkung üblicherweise verwendeten konventionellen
Schlichte versehen werden, es kann auch unbeschichtet sein.
-
Der im folgenden verwendete Ausdruck "Glasfasern" soll sich zunächst
auf endlose Fasern beziehen, die durch schnelles Ausziehen oder Verdünnen aus einer
Vielzahl von Schmelzglasströmen gebildet werden. Diese endlosen Fasern werden zu
Strängen geformt, wenn sie bei der Bildung zusammengefasst werden. Der Ausdruck
"Glasfasern" soll aber auch stehen für Fäden, Garne, Schnüre und Kordeln, die durch
Verfachen und/oder Verdrillen einer Vielzahl von Strängen miteinander gebildet werden.
-
Schliesslich soll dieser Ausdruck auch noch gewebte und nicht gewebte
Flächenerzeugnisse umfassen, die aus solchen Glasfasersträngen, -fäden oder -kordeln
hergestellt sind.
-
Weiterhin soll man unter "Glasfasern" auch Fasern mit endlicher Länge
verstehen, die auf die Weise hergestellt werden, dass Dampf oder Luft unter hohem
Druck auf die Vielzahl der Schmelzglasströme gerichtet wird. Auch die Garne, die
aus solchen Fasern endlicher Länge gebildet werden, sollen unter den Begriff "Glasfasern"
fallen. Zur Bildung derartiger Garne lässt man die Fasern endlicher Länge auf eine
Fläche herunterfallen, von der sie in Form einer Lunte zusammengefasst werden, die
zu-einem Garn ausgezogen wird. Der Begriff "Glasfasern" meint auch gewebte und nicht-gewebte
Flächengebilde aus derartigen Garnen, die aus Fasern endlicher Länge hergestellt
sind. Schliesslich fallen unter diesen Begriff auch noch Kombinationen derartiger
Endlosfasern und derartiger Fasern endlicher Länge, die in Strängen, Fäden, Garnen,
Kordeln und Flächengebilden vorliegen.
-
Der Begriff "Elastomer" soll Naturgummi im gehärteten und ungehärteten,
vulkanisierten und unvulkanisierten Zustand ebenso umfassen wie synthetische organische
elastomere Materialien,
wie z.B. Butadienstyrol-Kopolymer, Butadienakrylonitril-Ropolymer,
Chloropren, Isopren, Neopren, Isobutyl-Gummi und dergleichen. Ferner fallen unter
diesen Begriff auch Elastomere, Polymere und Kopolymere im gehrteten und ungehärteten
und vulkanisierten und unvulkanisiarten Zustand.
-
Das Imprägniermittel gemäss der Erfindung enthält im wesentlichen
keinen Neoprenlatex.
-
Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist ein
Teil des Butadienlatex durch ein Polymer wie z.B. einen Styrolbutadien-Kopolymerlatexrersetzt,
wobei der letztere als Minoritätskomponente vorliegt.
-
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des Butadienlatex
durch ein Nitrilbutadien-Latex ersetzt.
-
Jedes geeignete Resorcinol-Formaldehydharz-Vorkondensat kann verwendet
werden. Es wird vorzugsweise unter Verwendung von etwa 0,2 bis 0,8 Mol Formaldehyd
pro Mol Resorcinol hergestellt und enthält einen Gesamtgehalt von Feststoffen in
höhe von etwa 75 Gewichtsprozent. In der Mischung wird das Resorcinol-Formaldehydharz-Vorkondensat
in einer Menge von ungefähr 3 bis ungefähr 4 Gewichtsprozent der getrockneten Mischung
verwendet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform wird es in einer Menge von etwa
3 Gewichtsprozent des getrockneten Rückstandes verwendet.
-
Ein geeignetes Vorkondensat kann in der im folgenden beschriebenen
Weise hergestellt werden. Dafür geeignete Materialien sind im Handel erhältlich,
so z.B. Schenectady SRF 1524, welches
von der Firma Schenectady
Chemicals bezogen werden kann, dann Penacolite R 2170 und R 2200, die beide von
der Firma Koppers Co., Inc., Pittsburgh, Pa., USA, bezogen werden können, und schliesslich
Arofene 779 von der Firma Ashland Chemical Co., Columbus, Ohio, USA.
-
Jedes geeignete Vinylpyridin-Terpolymer kann verwendet werden.
-
Vorzugsweise wird dabei ein Terpolymerlatex aus Butadienstyrol und
Vinylpyridin verwendet. Der Butadiengehalt liegt dabei bei etwa 70 Gewichtsprozent,
der Styrolgehalt und der Vinylpyridingehalt bei je etwa 15 Gewichtsprozent. Dieses
Material macht etwa 10 bis etwa 60 Gewichtsprozent der getrockneten Mischung aus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Terpolymer in einer enge von etwa
30 Gewichtsprozent verwendet.
-
Ein besonders geeignetes Vinylpyridin ist Firestone FRS-5997, das
von der Firma Firestone Synthetic Rubber and Latex Co., bezogen werden kann. Dieses
Material ist ein Terpolymerlatex aus Butadien, Styrol und Vinylpyridin, in welchem
70 Gewichtsprozent Butadien, 15 Gewichtsprozent Styrol und 15 Gewichtsprozent Vinylpyridin
enthalten sind.
-
Jeder geeignete Polybutadienlatex kann verwendet werden. Vorzugsweise
wird man einen Polybutadienlatex mit einem Molekulargewicht im Bereich zwischen
etwa 10000 bis etwa 2000000 verwenden. Dieser Latex wird in einer Menge zwischen
etwa 30 und etwa 80 Gewichtsprozent der getrockneten Mischung verwendet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Polybutadienlatex
in einer Menge von etwa 60 Gewichtsprozent des Imprägniermittels verwendet.
-
Besonders geeignete Polybutadienlatexe sind SR-5841 und SR-272, die
beide von der Firma Firestone Synthetic Rubber and Latex Co., Akron, Ohio, USA,
bezogen werden können.
-
Jede geeignete Wachsemulsion kann in dem Imprägniermittel verwendet
werden. Vorzugsweise enthält die Wachsemulsion etwa 75 Gewichtsprozent Paraffinwachs
und etwa 25 Gewichtsprozent mikrokristallines Wachs. Die Wachsemulsion wird in der
Mischung in einer Menge zwischen etwa 4 und etwa 6 Gewichtsprozent der getrockneten
Mischung vorliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Gehalt der Wachsemulsion
in dem Imprägniermittel bei etwa 5 Gewichtsprozent des getrockneten Imprägniermittels.
-
Eine besonders geeignete Wachsemulsion ist Vultex Wachsemulsion Nr.
15, die von der Firma General Latex and Chemical Corp., Cambridge, Mass, USA, erhältlich
ist.
-
Wenn ein Styrolbutadien-Kopolymerlatex verwendet wird, um einen Teil
des Butadienlatex zu ersetzen, wird das Styrolbutadien-Kopolymer in dem getrockneten
Imprägniermittel in einer Menge bis zu etwa 50 Gewichtsprozent verwendet. Das Styrolbutadien-Kopolymer
wird vorzugsweise aus etwa 25 Gewichtsteilen Styrol und etwa 35 Gewichtsteilen Butadien
hergestellt.
-
Geeignete Styrolbutadien-Kopolymerlatexe sind im Handel erhältlich.
-
Wenn ein Teil des Butadienlatex durch einen Nitrilbutadien-Latex ersetzt
werden soll, wird der Nitrilbutadien-Latex in einer
Menge bis zu
etwa 50 Gewichtsprozent des getrockneten Imprägniermittels verwendet. Das Nitrilbutadien
wird vorzugsweise aus etwa 65 Gewichtsteilen Akrylonitril und etwa 35 Gewichtsteilen
Butadien hergestellt.
-
Geeignete Nitrilbutadien-Latexe sind im Handel erhältlich.
-
Das getrocknete Imprägniermittel gemäss der Erfindung kann auch etwa
1 Gewichtsprozent Formaldehyd, ungefähr 0,8 Gewichtsprozente Ammoniumhydroxid und
ungefähr 0,1 Gewichtsprozent Kaliumhydroxid enthalten.
-
Wenn es gewünscht wird, können andere Latexe verwendet werden, um
einen Teil des Butadienlatex zu ersetzen. So können beispielsweise sowohl Styrolbutadien-Kopolymerlatex
als auch Nitrilbutadien-Kopolymerlatex anstelle des Polybutadienlatex bis zu einer
Menge von etwa 50 Gewichtsprozent des letzteren ven^sendet werden.
-
Das folgende Beispiel beschreibt den Herstellungsprozess für das erfindungsgemässe
Imprägniermittel. Die Zahlen sind auf die Herstellung einer Menge von 378 Litern
(= 100 Gallonen) des Imprägniermittels bezogen.
-
BEISPIEL 1 Eine Resorcinol-Formaldehydharzvormischungs-Lösung wurde
dadurch hergestellt, dass 11,66 kg entionisiertes Wasser in einen Vormischtank gefüllt
wurden und 11,66 kg einer käuflich erwerblichen Resorcinol-Formaldehyd-Vormischung
hinzugefügt wurden.
-
Die Mischung wurde 5 Minuten lang geschüttelt. 3,49 kg Formaldehyd
wurden hinzugefügt, und die Mischung weitere 30 Minuten lang geschüttelt. Daraufhin
wurden 11,66 kg entionisiertes Wasser sowie 2,36 kg darin enthaltenes Kaliumhydroxid
zugegeben, die entstehende Mischung wurde erneut für 20 Minuten geschüttelt.
-
In einem Hauptmischungstank wurden 210,11 kg eines im Handel erhältlichen
Butadienstyrol-Vinylpyridin-Latex eingeführt.
-
105,05 kg eines im Handel erhältlichen Polybutadienlatex wurden unter
Bewegung der Lösung in den Mischungstank eingeführt.
-
Während einer Zeitdauer von 4 bis 6 Minuten wurde dann die vorher
hergestellte Resorcinol-Formaldehydhard-Vormischung in dem Hauptmischtank eingeführt.
Während weiterer 10 Minuten wurden die Komponenten vermischt.
-
Nach 2 Stunden Alterung war das Imprägniermittel fertig zum Gebrauch.
Es hatte einen pH-Wert von 9, eine Viskosität von etwa 23 cps und einen totalen
Feststoffgehalt von etwa 43 Gewichtsprozent.
-
Das erfindungsgemässe Imprägniermittel wird auf die Glasfasern in
der üblichen Weise aufgebracht, z.B. unter Verwendung des Verfahrcns und der Vorrichtung,
die in dem US-Patent 3,424,608 (A.IIarzocchi et al) beschrieben sind.
-
Nach den Aufbringen des Imprägniermittels auf die Glasstränge wird
der überzug an der Luft getrocknet und in der üblichen Weise gehärtet, d.h. beispielsweise
bei einer Temperatur zwischen 260 und 3430C während einer Zeitdauer von etwa 5 bis
10 Sekunden.
-
Die Glasfasern, oder allgemeiner die Fasern, die das Imprägniermittel
dann wenigstens auf einem Teil ihrer Oberfläche tragen, können dann zu Fäden, Garnen,
Vorgespinsten oder Flächengebilden in Form von Packungen und dergleichen verarbeitet
werden.
-
BEISPIEL II Die folgenden Daten zeigen den Effekt verschiedener Gehalte
an Vinylpyridin-Terpolymer und Butadien auf das erfindungsgemässe Imprägniermittel,
wenn diese Substanzen entsprechend der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
in unterschiedlichem Masse zugesetzt werden. Das erfindungsgemässe Imprägniermittel
wird bei im wesentlichen gleichen Glasfasersträngen angewendet.
-
Imprägniermittel Zusammensetzung, Gew.-% 1 II III Resorcinol-Formaldehyd
3,3 3,3 3,3 Formaldehyd 1,0 1,0 1,0 Vinylpyridin-Terpolymer 60 30 10 Polybutadien-Latex
30 60 80 Wachsemulsion 5,3 5,3 5,3 Neopren-Latex O 0 0 Stranqeigenschaften Glüh-
bzw. Brennverluste Gew -% 17,0 17,2 18,0 Zugspannung beim Bruch kg/cm2 4,99 4,92
4,99 Heisse U-Adhäsion kg/cm2 2 2,46 2,39 2,32 Heisse Streifen-Adhäsion kg/cm2 2,32
2,46 2,32 Zur messung der Heissen U-Adhäsion" wird eine einzelne Reifenkordel etwa
0,63 cm tief in einen Gummistreifen eingebettet, der Gummistreifen wird gehärtet
und die Reifenkordel wird bei erhöhter Temperatur aus dem Gummistreifen herausgezogen.
In der Tabelle ist die zum Herausziehen der Kordel aus dem Gummistreifen
erforderliche
Zugspannung angegeben. Zur Messung der "Iteissen Streifen-Adhasion" wird eine Reifenkordelprobe
zwischen Gummistücken kalandriert, diese werden eine bestimmte Zeit lang bei erhöhter
Temperatur und bei erhöhtem Druck gehärtet, und die gesamte Probe wird bei erhöhter
Temperatur auseinandergezogen.
-
Die zum Auseinanderziehen nötige Zugspannung ist in der obigen Tabelle
angegeben.
-
Aus diesen Angaben ist ersichtlich, dass der Gehalt des Terpolymers
und des Butadienlatex über einen grossen Bereich geändert werden kann und dass die
sich dabei jeweils ergebenden Glas stränge trotzdem in allen Fällen für den Gebrauch
als Reifeneinlagematerial zufriedenstellende Eigenschaften aufweisen BEISPIEL III
Die folgenden Daten zeigen den Effekt der Substitution des Polybutadienlatexes durch
Styrolbutadienlatex, wobei der Gehalt des Vinylpyridinlatexes im wesentlichen konstant
bleibt.
-
Imprägniermittel Zusammensetzung, Gew.-% I II III IV V Polybutadienlatex
30 36 42 48 54 Styrolbutadienlatex 30 24 18 12 6 Vinylpyridin-Terpolymer 30 30 30
30 30 Neopren-Latex O 0 0 0 0 Strangeigenschaften Verlust beim Glühen bzw.
-
Brennen, Gew.-% 16,2 17,9 17,8 16,1 17,7 Zugspnnung beim Bruch kg/cm
2 5,41 4,77 4,59 5,14 4,77 risse U-Adhäsion kg/cm 2,53 2,53 2,67 2,50 2"5 Heisse
Streifen-Adhäsion kg/cm 2 2,11 2,25 2,18 2,39 2,25
Die oben dargelegten
Eigenschaften wurden nach einer eintägigen Alterung bestimmt. Die obigen Daten zeigen,
dass Styrolbutadienlatex anstelle von Polybutadienlatex über einen weiten Bereich
verwendet werden kann, wobei die entsprechend behandelten Glasstange zufriedenstellende
Eigenschaften für die Verwendung als Reifeneinlagematerial aufweisen.
-
Di folgenden Daten stellen einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemässen
Imprägniermittel und dem des US-Patentes 3,424,608 (Marzocchi et al) dar. Das Imprägniermittel
des genannten arnerikanischen Patentes verwendet Neooren als eine Hauptkomponente,
während Butadienlatex eine der Minoritätskomponenten ist.
-
Das Imprägniermittel der vorliegenden Erfindung enthält dagegen 3utadienlatex
als einen Hauptbestandteil und enthält im wesentliotlen kein Neopran. Die im folgenden
angegebene Zusammensetzung des erfindungsgemässen Imprägniermittels stellt die bevorzugte
Ausführungsform des Imprägniermittcls dar.
-
Impragniermittel US-Patent Vorliegende Zusammensetzung, Gew.-% 3.424,508
Erfindung Resorcinol-Formaldehydharz 2 - 10 3,4 Vinylpyridin-Terpolymer 15 - 50
30,4 Polybutadienlatex 5 - 15 60,9 Neoprenlatex 25 - 50 C Wachsemulsion 0 5,3 Strangeigenschaften
Gewichtsverlust beim Glühen bzw. Brennen, Gew.-% 16,7 17,2 Zugspannung beim Bruch
kg/cm 4,08 4,92 Heisse U-Adhäsion kg/cm2 1,97 2,39 Heisse Streifen-Adhäsion kg/cm2
2,32 2,46 Es ergibt sich aus den obigen Daten, dass die weitgehende bis vollständige
Abwesenheit von Neoprenlatex und die Anwesenheit von Wachs in dem erfindungsgemässen
Imprägniermittel zu einem Imprägnierrnittel führt, das der, Imprägniermittel des
Standes der Technik in seinen Eigenschaften überlegen ist.