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Verfahren zur Herstellung von verbesserten,
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Glasfasern enthaltenden Vliesen (Blättern) Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Glasfasern enthaltenden Faservliesen und insbesondere
ein Verfahren zur Herstellung von Glasfasern enthaltenden Vliesen mit einer welchen
Oberflächen, einer hervorragenden Dimensionsstabilität gegenüber Wärme und hoher
mechanischer Festigkeit unter heissen und feuchten Bedingungen, wobei gleichzeitig
auch die-I.uftdurchlässigkeit reguliert werden kann.
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Wegen der ausserordentlich hohen Porosität und rauhen Oberfläche
sind
die üblichen, Glasfasern enthaltenden, Faservliese in der praktischen Anwendung
sehr problematisch. Werden sie für die verschiedenen Arten von Verbundmaterialien,
wie Teppichmaterialien, Dachmaterialien, Wandmaterialien und dergleichen verwendet,
wobei man von ihrer hohen Dimensionsstabilität Gebrauch macht, welches ein hoher
Vorteil der Glasfasern ist, so muss man in fast allen Fällen eine zweite Behandlung
vornehmen, wie ein Aufsprühen oder Imprägnieren m:it einem Vinylchloridsol oder
dergleichen, um di ! struktureLlen Nachteile zu vermeiden, und dies bedingt erhöhte
Kosten und weitere Nachteile.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu-beseitigen,
indem ein Glasfasern enthaltendes Vlies mit ausserordentlich hoher Qualität zur
Verfüguntj gestellt wird, das nach einem einfachen Nass-Blattherstellungsverfahren
bohne hesondere Nacharbeitung hergestellt werden kami.
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Im allgemeinen wird eine der beiden folgenden Methoden bei der Herstellung
von Glasfasern enthaltenden Faservliesen angewendet: (1) Zunächst wird ein Vlies
nach einem Nass-Vliesbildungsverfahren gebildet und auf dieses Vlies wird dann durch
Sprühen oder Imprägnieren ein Latex oder dergleichen als Binder aufgebracht und
dann getrocknet, oder (2) eine gemischte Aufschlämmung von Glasfasern enthaltenden
Fasern, zu denen Fasern der Art gegeben wurden, die bei der Anwendung von feuchter
Hitze schmelzen, wie Polyvinylalkoholfasern, wurden nach einem Nass-Blattbildungsverfahren
zu einem Vlies verarbeitet und das nasse Vlies wurde dann erhitzt, um die in der
feuchten Hitze schmelzbare ar zu schmelzen, wodurch-die Glasfasern enthallenden
Fasern miteinander verbunden wurden durch die Hilfe der in der feuchten Hitze schmelzbaren
Faser, die während des Trocknens als Bindemittel diente.
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Jedes dieser üblichen Verfahren hat Nachteile. Die erste Methode ist
insofern beschränkt, als die Menge oder die Aufbringung der Imprägnierung aus dem
Binder wegen der verwendbaren Latexkonzentrationen beschränkt ist und man auch spezielle
Trocknungsarten, wie Trocknern mit Heissluft,zum Trocknen der Bindemittelapplikation
benötigt, so dass man ein Glasvlies erhält, das eine schlechte Oberflächeglätte
hat und das ausserordentlich porös ist. Weil bei der zweiten Methode das Vlies lediglich
durch Verschmelzen der in der Wärme und in der Hitze verschmelzbaren Fasern mit
ilfe eines Bindemittels möglich ist, kann man das Trocknen durch Druckanwendung
bewirken und daher ist es möglich, dass man die Oberflächenglätte des Produktes
verbessert, aber das Produkt ist nach wie vor nicht befriedigend hinsichtlich der
mechanischen Festigkeit unter feuchten Bedingungen, und eine Nacharbeitung ist häufig
zur Verbesserung der Festigkeit erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
des Standes der Technik zu verbessern.
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Die Erfindung betrifft die Bereitstellung eines verbesserten Glasfasern
enthaltenden Vlieses aus einer gemischten Glasfasern enthaltenden Faseraufschlämmung
und ist dadurch gekennzeichnet, dass man faserförmigen Polyvinylalkohol als Binder
und ein synthetisches Klebelatex-Flockungsmittel zu der Mischaufschlämmung unter
Ausbildung einer Folie bzw. eines Blattes gibt, dass man dann diese Folie bzw, das
Blatt erhitzt und trocknet, unter Bedingungen, bei denen die Folie oder das Blatt
noch einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als bO % behält, so dass der Polyvinylalkohol
während des Trocknens schmilzt und an den Fasern anhaftet, und dass man dann die
getrockneten Fasern weiter erhitzt, urn sie durch das Latex-Flockungsmittel zu binden.
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Die gemäss der Erfindung verwendeten Fasern können die üblichen sein,
die in Form einer Aufschlämmung bei der Nasshe.rstellung von Vliesen bzw. Folien
geeignet sind. Die Fasern die gewöhnlich mit Glas-verwendbar sind, schliessen Pulpe,
Baumwolle, Wolle, Steinwolle, Asbest, Rayon, Polyvinylalkoholfasern, Nylon und dergleichen
ein. Die Glasfaser wird gewöhnlich in einer Menge von etwa 1-0 bis 90 Geht, vorzugsweise
30.bis 70 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Fasern1 verwendet.
Der erfi.ndungsgemäss verwendete Polyvinylalkohol ist ein solcher, der faserförmig
ist und gleichmässig mit der Faseraufschlämmung vermischt werden kann. Die Menge
an Polyvinylalkohol in der Mischung variiert je nach der Art der verwendeten Fasern
aber sie liegt im allgemeinen im Bereich von 5 bis 30 Gew.t, vorzugsweise 5 bis
20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasermischung.
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Das Flockungsmittel aus dem synthetischen Harz-Latex hat vorzugsweise
eine Korngrösse von 100 bis 500 µm und ist gut mit der Faseraufschlämmung vennischbar
und kann in guten Ausbeuten bei der Vlies- bzw. Folienherstellungsstufe angewendet
werden.
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Solche Fiockungsmittel erhält man nach bekannten Verfahren. Beispielsweise
erhält man ein Fiockungsmittel aus Polyvinylchlorid mit feinen Teilchen, indem man
ein wasserlösliches, kationisches Polymer oder ein mehrwertiges Metall zu einem
anionischen Polyvinylchlorid-Latex gibt. Es gibt eine Reihe von verschiedenen Verfahren
zur Einstellung der Teilchengrössenverteilung des Flockungsmittels wobei man die
nachfolgenden Verfahren zum Herstellen von Flockungsmitteln mit Teilchengrdssen
von 100 bis 500 µm, , die erfindungsgemäss verwendet werden können, anwenden kann:
Ein wasserlösliches, kationisches Polymer wird einem Latex bei einem pH von 6 bis
9 zugegeben, wobei sich ein Prä-Flockierungsmittel mit einer Teilchengrösse von
weniger als-50Zm absetzt, und dann wird der pH auf 2 bis 4
erniedrigt
(US-PS 3 776 812); ein wasserlösliches kationisches Polymer wird bei einem pH über
7 in Gegenwart von Zinkweiss zugegeben (JA-OS 92303/76); der Latex wird auf eine
Temperatur oberhalb' der niedricrst-en Filmbildungstemperatur des Latex erhitzt
und darin wird ein wasserlösliches kationisches Polymer oder ein mehrwertiges Metallsalz
zugegeben (JA-OS 10540«/76); ein anionischer Latex mit einer niedrigsten Filmbildungstempe-0
ratur von mehr als 10 C, wie ein Polyacrylsäureester, ein synthetischer Kautschuk-Latex
und dergleichen, wird zu dem Latex gemäss der vorliegenden Erfindung gegeben und
dann gibt man ein wasserlöslidies kationisches Polymer oder ein mehrwertiges Metallsalz
zu (JA--OS 105407/76).
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Das Latex-Flockungsmittel kann in bekannter Weise hergestellt werden
und der synthetische Harz-Latex, der zur Herstellung eines solchen Flockungsmittels
verwendet wird, kann beispielsweise ein Poiyvinylchlorid-Latex, ein Styrol-Butadien-Copolymer,
ein Methylmethacrylat-Butadien-Copolymer, Polyacrylat und dergleichen sein, aber
besonders bevorzugt wird ein Polyvinylchlorid (PVC)-Latex und ein Styrol-Butadien-Copolyiaer
(SBR). Die Art des Latex-Flockungsmittels sollte aber richtig ausgewählt werden,
in Übereinstimmung mit der gewünschten Qualität des Produktes und es wird hier kein
spezieller Latex vorgeschlagen.
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Das Latex-Flockungsmittel wird im allgemeinen in einer Menge von 20
bis 80 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 60 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht der verwendeten
Fasern, verwendet.
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Die Folien- bzw. Blattherstellungsweise gemäss der Erfindung ist bekannt
aus der Papierherstellung,bei welcher die Faseraufschl.xamung zu einem Blatt auf
einem Metallsieb geformt wird.
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Das so gebildete feuchte Blatt wird durch Auflegen einer geheizten
Platte gepresst, beispielsweise bei 100 bis 1500C mittels
geheizter
Trockenwalzen, damit die Feuchtigkeit in dem Blatt verdampft, wobei das Blatt aber
noch ei.nen Feuchtigkeitgehait von wenigstens mehr als 60, vorzugsweise über 65
%, beibehält. Durch diese Behandlung wird der Polyvinylalkohol, der in dem Blatt
enthalten ist, geschmolzen und bindet die Fasern aneinander. Der Grund, warum der
Feucht.ig}..ei.tsgellalt in dem feuchten Blatt mehr als 60 % betragen soll, ist
der1 dass aufgrund von Untersuchungen zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt in dem feuchten
Blatt und der feuchten Wärme bei der das Schmalzen stattfindet, fe,stgestellt wurde,
dass die feuchte Wärmeverschmelzung zu einem erheblichen Grad vom Feuchtigkeitsgehalt
in dem feuchten Blatt abhängt, und es ist daher wesentlich, dass das Verschmelzen
in der feuchten Wärme in einer solchen Weise durchgeführt wird, dass das feuchte
Blatt einen Fellchtigkeitsgehalt von wenigstens 60 %, vorzugsweise oberhalb 65 %,
hat.
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Das getrocknete Blatt wird dann auf eine auf 100 bis 1500C erhitzte
Trockenwalze zum Verschmelzen des Latex-Flockulats mit den Fasern, gegeben. Die
Trockenwalztemperatur kann in einem Bereich gewählt werden, der der Schmelzbarkeit
des verwendeten Flockungsmittels entspricht.
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Das auf diese Weise erhaltene, Flasfasern enthaltende, Vlies oder
Blatt (non-woven sheet) hat eine hohe mechanische Festiykeit unter feuchten und
auch trockenen Bedingungen und zeigt eine hohe Dimensionsstabilität gegenüber Wärme
und eine glatte Oberfläche Die Luftdurchlässigkeit des Blattes kann eingestellt
werden, durch geeignete Veränderung der Bindemittelmengen, und es ist auch möglich,
die Blätter mit verschiedenen Eigen schaften herzustellen, indem man verschiedene
Arten von Fasern verwendet. Weiterhin ist es möglich, Glasfasern enthaltende Vliese
mit hervorragender Anhaftbarkeit an synthetische Harzformkörper
herzustellen,
indem man die Art des synthetischen Ilarz-Latex-Flockungsmittels in richtiger Weise
wählt.
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Die Erfindung wird nun in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
beschrieben, wobei diese Beispiele aber nicht limitierend ausgelegt werden sollen.
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Die in den nachfolgenden Beispielen erwähnte "Fabrikmethode" beruht
auf der folgenden Prüfmethode: In der Zeichnung wird eine perspektivische Ansicht
eines Prüfkörpers qezeigt, un die Abstreifmetllode bei einem llebetest eines Blattes
gemäss der Erfindung mit einem Polyvinylchloridblatt zu prüfen. In der Zeichnung
bedeutet 1 ein Glasfasern blatt geäss der vorliegenden Erfindung und 2 ein Blatt
aus Polyvinylchlorid und A und B gebcn die Richtungen an, in denen zum Abstreifen
gezogen wird.
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(1) Wärmeschrumpf (%) Bei einer 25 x 25 c.m Probe werden die sich
im wesentlichen in Zentrum schneidenden vertikalen und horizontalen Linien ge zogen
und dann werden vertikal und horizontal mit einer Rasierklinge 2,5 cm von beiden
Enden des Blattes Schnitte gemacht.
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Die Innenlänge zwischen den Schnitten an beiden Enden wird genau mit
einer in 1/500 mm eingeteilten Lehre gemessen. Nach dem Messen legt man die Probe
in ein Luftbad von 210°C ohne jede Belastung während 3 Minuten und dann nimmt man
die Probe aus dem Bad und die Länge zwischen dcn Schnitten wird sofort gemessen,
um den Prozentsatz der Schrumpfung festzustellen. Der Wärmeschrumpf (%) wird aus
dem Verhältnis der Länge nach der Wärmebehandlung und der Länge vor der Wärmebehandlung
bestimmt.
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(2) Thermische Reissfestiykeit (kg/25 mm) 3 Minuten nach der Wärmebehandlung
bei 2100C wird die Reissfestigkeit mit einer Reissfestigkeitsprüfvorrichtung gemessen.
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(3) Anhaftung an ein Polyvinylchloridblatt Polyvinylchioridsol wird
auf die Probe aufgebracht und nach dem Trocknen wird das erhaltene Blatt, so wie
es in der Zeichnung gezeigt wird,zum Teil auseinandergezogen und die jeweils abgetrennten
Blätter werden in den Richtungen der Pfeile A und B gezogen, wobei man die Klebefestigkeit
mittels einer Reissfestigkeitsprüfvorrichtung mass.
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(4) Die Oberflächenglätte Die Oberflächenglätte wird mit dem blossen
Auge bestimmt und Blätter mit einer glatten Oberfläche werden mit einem 0 und die
Blätter mit einer rauhen Oberfläche mit einem X bezeichnet.
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Beispiele @ bis 6 Die Herstellung von Glasfasern ent£'ltenden Blättern
mit verbesserter Wasserbeständigkeit und Verklebbarkeit mit Polyvinylchloridharzblättern
unter Verwendung eines Polyvinylchlorid-Latex-Flockungsmittel (nachfolgend als PVC-Flockungsmittel
bezeichnet).
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Glasfasern, Vinylonfasern und Pulpefasern wurden mit Polyvinylalkoholfasern
(nachfolgend als PVA-Fasern bezeichnet) (an feuchter Wärme schmelzbare Faser, die
als Binder verwendet wird) und ein PVC-Flockungsmittel (als in trockner Hitze schmelzbarer
Bin der) wurden in den in der Tabelle 1-1 angegebenen Mengen mit Wasser vermischt
unter Ausbildung einer Mischfaseraufschlänuttung und Glasfasern enthaltende Blätter
wurden in üblicher Weise aus diesen Aufschlämmungen hergestellt. Jedes der so erhaltenen
feuchten Blätter mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 62 % wurde mittels auf 1200C
erhitzten Walzen unter Druck getrocknet und das getrocknete Blatt wurde bei der
gleichen Temperatur nochmals unter Druck durch einegeheitzte Walze geleitet uin
ein weiteres Erhitzen zu bewirken, Die Eigenschaften der so erhaltenen Blätter werden
in Tabelle 1-2 gezeigt.
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Beispiele 1 und 2 sind Verfahren des Standes der Technik, bei denen
kein PVC-Flockungsmittel eingemischt wurde, Beispiel 3 verwendet ein PVC-Flockungsmittel
allein ohne eine PVA-Faser, und Beispiele 4 bis 6 sind Beispiele gemäss der Erfindung.
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Aus den Produkten gemäss Beispielen 1 und 2 ist ersichtlich, dass
diese eine niedrige Wasserbeständigkeit haben und dass sie auch eine schlechte Anhaftung
an PVC-Blätter zeigen, während das Produkt gemäss Beispiel3 eine sehr schlechte
Wärmebeständiykeit hat. Dagegen hat jedes der Produkte gemss Beispielen 4 bis 6
(erfindungsgemäss hergestellte Produkte) bessere Ei den schaften als die Produkte
gemäss Beispielen 1 bis 3, wobei der Grad der Verbesserung von der Menge des verwendeten
PVC-Flockungsmittels abhängt. Die erfindungsgemäss erzielten Effekte gehen klar
aus diesen Ergebnissen hervor.
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Aus der Tabelle 1-2 ist ersichtlich, dass die Luftdurchlässigkeit
ausserdem
in erheblichem Masse von der Menge der verwendeten Bindemittel abhängt.
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Beispiele 7 bis 10 Herstellung von Glasfasern enthaltenden Blättern
unter Verwendung eines Styrol-Butadien-Copo yIllers (nachfolgend als SBR-Flockungsmittel
bezeichnet) als Latex-Flockungsmittel und Veränderung der Grösse und der Menge der
Glasfasern, um die Luftdurchlässigkeit zu verändern.
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Zwei Arten von Glasfasern (97im und 6,um) Vinylonfaser und Pulpefaser,
wurden mit einer PVA-Faser (in feuchter Hitze schmelzbare Faser, die als Bindemittel
verwendet wird) und SBR-Flockungsmittel (als in trockener Hitze schmelzendem Binder)
in den in der Tabelle 2-1 angegebenen Mengen vermischt unter Ausbildung von Glasfasern
enthaltenden Blättern unter Anwendung von üblichen Nass-Blattherstellungsverfahren
und jedes der erhaltenen feuchten Blätter mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 65 %
wurde mit einer auf 130°C erhitzten Walze verpresst und nach weiterem Trocknen zwischen
zwei auf die gleiche Temperatur geheizten Walzen nochmals verpresst. Die Eigenschaften
der so erhaltenen Blätter werden in Tabelle 2-2 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass
die nach diesen Beispielen erhaltenen Produkte eine hohe Wasserbeständigkeit, eine
glatte Oberfläche und eine hervorragende Dimensionsstabilität haben. Tabelle 2-2
zeigt auch, dass je grösser die durchschnittliche Teilchengrösse ist, eine umso
höhere Luftdurchlässigkeit vorliegt und dass man die Luftdurchlässigkeit einstellen
kann, indem man die Art der verwendeten Fasern variiert.
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Tabelle 1-1
| Beispiel |
| Mischung 1 2 3 4 5 6 Bemerkung |
| (Teile) |
| Glasfasern 9µm x 6mm 70 70 |
| Haupt- Vinylonfaser (Polyvinylalkohol- |
| fasern faser) |
| 1 den. x 3 mm 15 15 " " " " |
| NBKP (nadelgebleichte Kraftpulpe) |
| 450 ml CSF 15 15 |
| PVA 20 40 20 20 20 |
| Binder PVC-Flockungsittel (ZEON 341 : |
| von der Japan Zeon Corp.) 50 50 80 180 |
| PVC-Beladung (%, bezogen auf das Gesamtgew.) 0 0 33 30 40 60 |
| Blattgewicht g/m² 60 60 60 60 60 60 |
Tabelle 1-2
| Eigenschaften Prüfverfahren 1 2 3 4 5 6 |
| Gewicht g/m² 60,5 61,2 60,8 59,8 61,3 82,0 |
| Konzentration g/mm³ JISL 1085 0,10 0,27 0,40 0,42 0,55 0,60 |
| Trockenreissfestigkeit kg/50 mm |
| Vertikal JISL 1068 6,0 12,0 14,0 25,0 26,0 27,5 |
| Horizontal " 4,5 8,0 10,0 18,0 18,5 19,0 |
| Nassreissfestigkeit kg/50 mm |
| Vertikal " 0,8 8,0 2,5 5,0 7,5 8,0 |
| Horizontal " - - 1,0 3,5 4,0 5,3 |
| Wärmweschrumpf % (210°C, 3 min) |
| Vertikal Fabrikmethode 0 0 0 0 0 0 |
| Horizontal " 0 0 0 0 0 0 |
| Thermische Reissfestigkeit |
| (kg/25 mm; 210°C, 3 min) |
| Vertikal " 2,0 5,0 0 5,8 6,0 5,0 |
| Horizontal " - 2,5 0 3,5 3,6 3,0 |
Tabelle 1-2 (Fortsetzung)
| Frazier-Luftdurchlässigkeit Frazier-Typ 120 80 15 7 4 1 |
| cc/cm²/sek |
| Anhaftung an ein PVC-Blatt Fabrikmethode # # # # # # |
| Oberflächenglattheit " # # # # # # |
Tabelle 2-1
| Beispiel 7 8 9 10 Bemerkung |
| Glaserfaser 9 µ x 6 mm 70 35 - - |
| Haupt- 6 µ x 6 mm - 35 70 50 |
| fasern Vinylon 1 den. x 3 mm 15 15 15 35 |
| NBKP 450 ml CSF 15 15 15 15 |
| PVA 20 20 20 20 |
| Binder SBR-Latex-Flockungsmittel |
| (Nipol 2570 x 5, verkauft durch |
| Japan Zeon Corp.) 50 50 50 50 |
| SBR-Latex-Flockungsmittel(%, bezogen auf d.Gew.) 30 30 30 30 |
| Blattgewicht g/m² 60 60 60 60 |
Tabelle 2-2
| Bemerkung |
| Eigenschaften Testmethode 7 8 9 10 Glasblätter ge- |
| mäss Stand d. |
| Technik |
| Gewicht g/m² 61,2 60,9 60,0 59,2 51,7 |
| Konzentration g/mm³ JISL 1085 0,40 0,44 0,51 0,54 43,7 |
| Trockenreissfestigkeit kg/50 mm |
| Vertikal JISL 1068 22,5 23,0 24,1 25,6 16,0 |
| Horizontal " 18,0 17,5 19,0 19,2 12,0 |
| Nassreissfestigkeit kg/50 mm |
| Vertikal " 5,7 5,5 5,5 7,0 - |
| Horizontal " 3,0 2,8 3,1 3,0 - |
| Wärmweschrumpf % (210°C, 3 min) |
| Vertikal Fabrikmethode 0 0 0 0 - |
| Horizontal " 0 0 0 -0,1 - |
| Thermische Reissfestigkeit |
| kg/25 mm (210°C, 3 min) |
| Vertikal " 7,2 7,5 7,3 7,4 - |
| Horizontal " 4,0 4,0 3,8 4,1 - |
Tabelle 2-2 (Fortsetzung)
| Frazier-Luftdurchlässigkeit Frazier-Typ 1,2 7,0 5,6 3,5 26,5 |
| cc/cm²/sek |
| Oberflächenglattheit Fabrikmethode # # # # # |
L e e r s e i t e