DE2752810A1

DE2752810A1 - Mit einem ueberzug versehene glasfaser und mittel zum beschichten der glasfaser

Info

Publication number: DE2752810A1
Application number: DE19772752810
Authority: DE
Inventors: Fred Gerhard Krautz; Jun Donald Burton Sage
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-11-26
Publication date: 1978-06-29
Also published as: GB1590409A; FR2374269A1; CA1132281A; DK568777A; FR2374269B3; ZA776033B; NO774356L; FI61180B; AU513440B2; AU2924477A; NL7710951A; FI61180C; BR7706977A; BE860259A; IT1088964B; JPS6140694B2; FI773874A; SE7714252L; NO148343C; MX148499A

Description

ΟΒ.-ΙΝβ. DIPL.-INC.M. SC. OIPI-.-WY«. Ο«. OWC-PHVS.

HÖGER - STELLRKCHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE «Μ STUTTSART

Z /OZo I U

A 42 536 m Anmelder: Owens Corning Fiberglas

u- 163 Corporation

25.November 1977 Fiberglas Tower

Toledo, Ohio 43659, USA Beschreibung

Mit einem Oberzug versehene Glasfaser und Mittel zum Beschichten der Glasfaser

Die Erfindung betrifft eine zumindest teilweise mit einen überzug versehene Glasfaser, deren Oberzug aus dem Rückstand einer getrockneten wässrigen Mischung besteht.

Ferner betrifft die Erfindung eine Glasfasern enthaltende Formmasse sowie ein Schlichtemittel für Glasfasern.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Glasfaserschlichte für Glasfasern, die in formbare Werkstoffe zur Verstärkung einbettbar sind.

Es ist bekannt, formbare Materialien sowohl zur Herstellung von bogenförmigen als auch von voluminösen Werkstücken zu benutzen, üblicherweise bestehen diese forabaren Materialien aus einem thermoplastischen Harz, beispielsweise einem Polyester, und verschiedenen Füll- und VerstSrkungsmaterialien in Zusammenwirkung mit einem vernetzenden Monomer. Diese plastischen Werkstoffe sind verformbar und werden beim Verformen bei erhöhten Temperaturen einem Druck unterworfen. Bei diesen Bedingungen vernetzen die Harze, und es bildet sich eine wärmegehärtete Verbindung.

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Es ist üblich ^ in diese plastischen Werkstoffe verschiedene Füll- und Verstärkungsmaterialien einzubetten, die Volumen und Festigkeit erhöhen. An erster Stelle stehen unter den Verstärkungsmaterialien Glasfasern, die üblicherweise einen Durchmesser zwischen 6,35 und 19,05 juun und Längen zwischen 0,33 und 5,08 cm aufweisen. Um die Handhabung dieser Glasfasern zu erleichtern, ist es üblich, diese sofort nach ihrer Bildung mit einer Schlichte zu versehen. Vorteilhafterweise dient die Schlichte nicht nur der Erleichterung der Handhabung der Glasfasern, sondern sie bildet auch eine Bindung zwischen den Glasfasern und dem Harz, so dass die Festigkeit des geformten Harzes verbessert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zumindest teilweise mit einem Überzug versehene Glasfasern vorzuschlagen, welche die Handhabbarkeit der Glasfasern und die Bindungseigenschaften zwischen Glasfasern und umgebendem plastischem Werkstoff deutlich verbessern.

Diese Aufgabe wird bei zumindest teilweise mit einem überzug versehenen Glasfasern, deren überzug aus dem Rückstand einer getrockneten wässrigen Mischung besteht, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die wässrige Mischung ein ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz, eine A'thylenvinylazetatemulsion und ein Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Schlichtemittel zum Beschichten von Glasfasern vorzuschlagen, das zu besonders guter Handhabbarkeit der Glasfasern und zu ausgezeichneten Bindungseigenschaften zwischen Glasfasern und plastischem Werkstoff führt.

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Diese Aufgabe wird bei einem Schlichtemittel für Glasfasern erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass es ein ungesättigtes, in Hasser emulgierbares Polyesterharz, eine Äthylenvinylazetatemulsion und ein Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.

Schliesslich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Glasfasern enthaltende Formmasse vorzuschlagen, die besonders gute Festigkeitseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Glasfasern enthaltende Formmasse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Glasfasern zumindest teilweise mit einem Oberzug versehen sind, der aus dem Rückstand einer getrockneten wässrigen Mischung besteht, wobei die wässrige Mischung ein ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz, eine Äthylenvinylazetatemulsion und ein Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im Rahmen der Erfindung kann jedes geeignete ungesättigte, in Wasser emulgierbare Polyesterharz verwendet werden.

Ein besonders geeignetes, ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz ist Orthophthal-Polyesterharz mit der Bezeichnung E-400, das die Firma Owens-Corning Fiberglas in den Handel bringt. Ein anderes geeignetes, ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz wird von der Firma Owens-Corning Fiberglas unter der Bezeichnung E-108 in den Handel

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gebracht. E-108 ist ein Neopentylglykol-Polyesterharz.

Das ungesättigte, in Wasser emulgierbare Polyesterharz wird in der Schlichte in einer Menge zwischen etwa 1 und etwa 13 Gew.-% der wässrigen Mischung verwendet.

Jede geeignete Äthylenvinylazetatemulsion kann verwendet werden.

Eine besonders geeignete Äthylenvinylazetatemulsion ist Airflex 400, das von der Firma Air Products and Chemicals in den Handel gebracht wird. Airflex 400 ist ein Äthylenvinylazetatkopolymer, mit einem Feststoffgehalt zwischen 55 und 57%, einer Viskosität zwischen 1100 und 1600 cps (gemessen mit einem Brookfield Viscosimeter, Modell LVF, bei einer Temperatur von 25 C und 60 Upm) und einem pH-Wert zwischen 5 und 6,5. Andere geeignete Äthylenvinylazetatemulsionen sind von der Firma Air Products and Chemicals unter den Namen Airflex 410 und Airflex 510 erhältlich.

Die Menge der Äthylenvinylazetatemulsion in der Schlichte liegt vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 10 Gew.-%.

Jedes geeignete Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer mit einer geringen Löslichkeit in Styrol und einem Silangehalt zwischen etwa 1 und etwa 7 Gew.-%, kann verwendet werden.

Ein besonders geeignetes Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer wird unter der Bezeichnung National Starch 78-3724 kommerziell durch die National Starch and Chemical Corporation vertrieben»

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National Starch 78-3724 ist ein Kopolymer aus Vinylazetat und Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (A-174 Union Carbide) und hat einen Silangehalt von etwa 2%.

Die Menge des Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymers in der Schlichte liegt zwischen etwa 1 und etwa 15 Gew.-%.

Die erfindungsgemässe Glasbeschichtungsmischung enthalt ausserdem wenigstens ein Gleitmittel und wenigstens ein Kopplungsmittel.

Jedes geeignete Gleitmittel kann Verwendung finden. Ein bevorzugtes Gleitmittel ist das kationische Kondensationsprodukt von Dimethylaminopropylamin und Pelargonsäure. Dieses Material hat ein spezifisches Gewicht von 1, eine Viskosität von etwa 500 cps bei einer Temperatur von 25°C und einen pH-Wert (5%-ige Lösung) zwischen etwa 5,5 und 7. Ein bevorzugtes Gleitmittel mit diesen Eigenschaften ist von der Firma Emery Industries unter der Bezeichnung Emerstat 6664 erhältlich. Ein anderes geeignetes Gleitmittel ist ein amid-substituiertes Polyäthylenamin, beispielsweise das von der Firma Emery Industries erhältliche Emery 6717.

Die Menge des Gleitmittels in der Schlichte liegt zwischen etwa 0,02 und etwa 1 Gew.-%.

Jedes geeignete, ein Organosilan enthaltende Kopplungsmittel kann verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Organosilan wie beispielsweise Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan verwendet. Ein geeignetes Kopplungsmittel dieser Art ist unter der

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Bezeichnung A-174 von der Firma Union Carbide zu beziehen. Andere geeignete Kopplungsmittel sind beispielsweise Vinyl-Tris (2 Methoxyäthoxy)silan, das unter der Bezeichnung A-172 von Union Carbide bezogen werden kann, und Gamma-Aminopropyltriäthoxysilan, das unter dem Namen A-1100 ebenfalls von Union Carbide erhältlich ist.

Die Menge des Kopplungsmittels in der Schlichte liegt zwischen etwa 0,1 und 1,0 Cew.-%. Die erfindungsgemässe Glasschlichte kann weiterhin bis zu 0,05 Gew.-% einer Säure enthalten, die den pH-Wert der Mischung derart einstellen kann, dass vor der Zugabe des Silankopplungsmittels eine Silanhydrolyse stattfindet. Eine geeignete Säure ist Eisessig.

Die erfindungsgemässe Schlichte wird mit konventionellen Verfahren hergestellt, wie dies weiter unten beschrieben ist. Sie kann auf jede Glasfaserart aufgebracht werden, die üblicherweise zur Verstärkung von Formmassen verwendet werden. Dabei werden sie bei der Herstellung der Fasern auf diese aufgetragen, so dass diese nach dem Trocknen einen Festkörpergehalt zwischen 1,2 und 3,0 Gew.-% (bestimmt aufgrund des Brennverlustes) aufweisen.

Anhand der folgenden Beispiele wird eine bevorzugte Ausführungeform der Erfindung beschrieben.

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BEISPIEL I

Dieses Beispiel beschreibt die Zubereitung von etwa 379 Litern der erfindungsgemässen Schlichtemischung.

Etwa 17,7 kp Orthophthal-Polyesterharz (OCF E-400) wurden mit 75,7 Litern entmineralisiertem Wasser in einem ersten Vormischgefäss etwa 4 Stunden lang gemischt. Diese Lösung wurde in einen Hauptmischtank eingefüllt, der etwa 75,7 Liter entmineralisiertes Wasser enthielt.

In ein zweites Vormischgefäss wurden etwa 34 kp eines PoIyvinylazetat-Organosilan-Kopolymers (National Starch 78-3724) eingefüllt; dazu wurden 37,9 Liter entmineralisiertes Wasser gegeben. Diese Lösung wurde etwa 5 Minuten lang vermischt, die fertige Mischung wurde zu dem Inhalt des Hauptmischgefässes zugegeben.

Etwa 11,3 kp Äthylenvinylazetat (Airflex 400) und etwa 18,9 Liter entmineralisiertes Wasser wurden in einen dritten Vormischtank gegeben. Diese Komponenten wurden etwa 5 Minuten lang vermischt, und die fertige Mischung ebenfalls in den Hauptmischtank gefüllt.

Etwa 37,9 Liter entmineralisiertes Wasser wurden in ein viertes Vormischgefäss eingefüllt und 0,18 kp Eisessig wurden hinzugefügt. Daraufhin wurde die Vermischung begonnen. Etwa 1,59 kp Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (Λ-174) wurde mit einer Zugabegeschwindigkeit von etwa 0,45 kp pro 30 Sekunden hinzugegeben. Die Vermischung wurde 25 Minuten lang fortgesetzt, und die fertige Mischung wurde ebenfalls in den Hauptmischtank eingefüllt.

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Etwa 7,57 Liter entmineralisiertes Wasser wurden in ein fünftes Vormischgefäss gefüllt und auf eine Temperatur von etwa 68,9⁰C erwärmt. Dem Wasser wurden etwa 36 ml Eisessig und dann etwa 0,36 kp Gleitmittel (Emery 6717) hinzugefügt. Diese Mischung wurde etwa 10 Minuten lang vermischt; die fertige Mischung wurde ebenfalls in den Hauptmischtank eingefüllt.

Der Inhalt des Hauptmischtanks wird nach einer vollständigen Durchmischung durch Hinzufügung einer ausreichenden Menge Wasser auf ein Gesamtvolumen von etwa 379 Litern aufgefüllt. Diese Lösung hat dann einen Feststoffgehalt zwischen etwa 8 und etwa 12 Gew.-% und einen pH-Wert zwischen etwa 4 und 6.

Die auf diese Weise hergestellte Schlichte wurde auf die einzelnen Glasfasern mit konventionellen Methoden aufgebracht, und zwar in einer Menge, dass der Feststoffgehalt der Fasern nach dem Trocknen bei etwa 2 Gew.-% lag. Vorzugsweise wird die Schlichte der Aufbringvorrichtung mit einer Temperatur von etwa 15,6°C zugeführt.

BEISPIEL II

Glasfasern mit einem Durchmesser zwischen 6,35 /im und 19,05 /um, die bei der Herstellung mit der erfindungsgemässen Schlichte behandelt wurden, wurden in eine folienförmige Formmasse etwa der folgenden Zusammensetzung eingebettet.

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Zusammensetzung Gew.-% Polyesterharzsyrup 34 Glasfasern (2,54 cm lang) 30 Kalziumkarbonat 34 Zinkstearat 0,9 Magnesiumhydroxid 1 Katalysator 0,1

Es wurden mehrere Mischungen hergestellt, wobei jede Mischung Glasfasern enthielt, die mit der erfindungsgemässen Schlichte behandelt worden waren. Diese Mischungen wurden mit einer gleichen Mischungsreihe verglichen, die Glasfasern enthielt, welche mit Schlichten bekannter Zusammensetzung behandelt worden waren. Die durchschnittlichen Festigkeitsversuchsergebnisse jeder dieser Reihen sind in der folgenden Tabelle angegeben, Die Formung erfolgte bei einem Druck von etwa 70,3 kp pro cm und einer Pressentemperatur von etwa 149°C. Der Härtungszyklus dauerte zwischen 1,5 und 4 Minuten.

Glasfaserschlichte Erfindung bekannte Schlichten Zugfestigkeit M kp/cm² 0,8946-0,9821 0,8624-0,8764

Stoss- oder Kerbfestigkeit m kp 1,1662-1,2621 0,973-1,2383

Biegefestigkeit

M kp/cm² 2,0027-2,1966 1,9642-2,1301

Aus den obigen Daten ergibt sich, dass mit der erfindungsgemässen Schlichte behandelte Glasfasern die mechanische Festigkeit der folienförmlgen Formmasse, in die das Glas eingebettet ist, stärker verbessern als Glasfasern, die mit herkömmlichen

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Schlichten behandelt sind.

Es sind Abweichungen von der beschriebenen Erfindung möglich, die ebenfalls noch in den Scbutzbereich der Erfindung fallen.

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Claims

Patentansprüche

Zumindest teilweise mit einem überzug versehene Glasfaser, deren Überzug aus dem Rückstand einer getrockneten wässrigen Mischung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Mischung ein ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz, eine Äthylenvlnylazetatemulsion und ein Polyvlnylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.
2. Glasfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterharz ein Orthophthal-Polyesterharz ist.
3. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Polyesterharzes in der wässrigen Mischung zwischen etwa 1 und etwa 13 Gew.-% liegt.
4. Glasfaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Äthylenvinylazetatemulsion in der wässrigen Lösung zwischen etwa 1· und etwa 10 Gew.-% liegt.
5. Glasfaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Polyvinylazetat- Organosilan-Kopolymers in der wässrigen Lösung zwischen etwa 1 und etwa 15 Gew.-% liegt.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Glasfaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer ein Kopolymer aus Vinylazetat und Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan enthält.
7. Glasfaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Organosilanes zwischen etwa 1 und etwa 7 Gew.-% des Kopolymers beträgt.
8. Glasfasern enthaltende Formmasse, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern zumindest teilweise mit einem Überzug versehen sind, der aus einem Rückstand einer getrockneten wässrigen Mischung besteht, wobei die wässrige Mischung ein ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz, eine Äthylenvinylazetatemulsion und ein Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.
9. Schlichtemittel für Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, dass es ein ungesättigtes, in Wasser emulgierbares Polyesterharz, eine Äthylenvinylazetatemulsion und ein Polyvinylazetat-Organosilan-Kopolymer enthält.

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