DE3143586A1

DE3143586A1 - Glasfasermatte insbesondere fuer ein dachhaut-verbundmaterial

Info

Publication number: DE3143586A1
Application number: DE19813143586
Authority: DE
Inventors: Robert V. 08836 Martinsville N.J. Canfield; Philip A. 08835 Manville N.J. Jackey
Original assignee: GAF Corp
Current assignee: GAF Corp
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1982-10-07
Also published as: EP0054202A1; NO813937L; FI813879L

Description

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Glasfasermatte insbesondere für ein Dachhaut-Verbundraaterial

Be Schreibung ₅

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glasfasermatte insbesondere für die Herstellung eines Dachhaut-Verbundmaterials.

· Dachhaut-Verbundmaterial wird bevorzugt für die Abdeckung von gewerblichen Gebäuden, insbesondere von großflächigen Industriebauwerken mit flachem oder nur wenig geneigtem Dach verwendet. Die Vorzüge dieses Materials sind durch seine relativ niedrigen Kosten in Verbindung mit seiner Haltbarkeit und Wirksamkeit als Witterungsschutz begründet. Dazu muß ein solches Material jedoch eine hohe Dehnfestigkeit in Verbindung mit einer hohen Zerreißfestigkeit haben. Diese Forderung ist dadurch begründet, daß das stoffschlüssig befestigte Verbundmaterial im Gegensatz zu einer Dachhaut aus formschlüssig miteinander verbundenen Elementen beträchtlichen durch Umwelteinflüsse hervorgerufenen inneren und äußeren Spannungen unterxvorfen ist. Dazu gehören durch in der Dachhaut selbst vorhandene Feuchtigkeit hervorgerufene Dehnspannungen sowie durch Teraperaturänderungen hervorgerufene Dehn- und Schrumpfspannungen. Aus diesen und anderen Gründen ist es unerläßlich, daß eine aus Verbundmaterial aufgebaute Dachhaut eine hohe Dehnfestigkeit und eine in einem wohl ausgewogenen Verhältnis dazu stehende Zerreißfestigkeit habe.

Bisher wurde Dachhaut-Verbundmaterial zumeist aus mit Asphalt getränkten organischen Filzen hergestellt. Organische Filze sind jedoch nicht feuerfest und relativ teuer in der Herstellung. Es wurde deshalb bereits versucht, organische Filze für diesen Zweck durch Glasfasermatten zu ersetzen. Verschiedene Arten von unter Verwen-

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dung von Glasfasermatten hergestelltem Dachhaut-Verbundmaterial sind in den US-Patentschriften 4-129 674-, 4- 155 022 und 4- 135 029 beschrieben. Zur Erzielung der gewünschten kombination von Dehn- und Zerreißfestigkeit sind die dort verwendeten Glasfasermatten mit endlosen Glasfasersträngen oder mit Glasfaserbündeln von beträchtlicher Länge verstärkt. Dadurch ist die Herstellung solcher Glasfasermatten jedoch aufwendig und teuer«,

Sie US-Patentschriften 4 200 482 und 4 233 353 beschreiben ein Aufschwemmverfahren für die Herstellung von Glasfasermatten, welche eine hohe Dehnfestigkeit haben,, Derartige Matten sind aus sehr langen Pasern gefertigt₉ welche im Laufe des Verfahrens einen hohen Anteil von gestreckten Paserelementen bilden. Unter einem gestreckten Paserelement versteht man ein Faserbündel, dessen Pasern sich während des Dispersions- oder Auflösungs-Vorgangs relativ zueinander in Längsrichtung verschoben haben, so daß sie einander über eine größere oder klei-

nere Länge überlappen. Die Paserelemente haben daher eine sehr große Länge bei ungleichförmigem Durchmesser,, welcher im mittleren Bereich, in welchem die meisten Pasern einander überlappen, am größten ist und sich zu den beiden Enden hin verjüngt. In der Praxis ist es jedoch ziemlich schwierig, Langfaserbündel gleichmäßig zn dispergieren bzw. aufzulösen. Darüber hinaus haben solche Produkte nur eine ziemlich geringe Dehnfestigkeit„

Die Erfindung schafft eine anstelle von organischen Pilzen für die Herstellung von Dachhaut-Verbundmaterial verwendbare Glasfasermatte, welche sich im Vergleich zu im Handel erhältlichen Produkten ähnlicher Art durch eine besondere Kombination von Dehn- und Zerreißfestigkeit

sowie durch die Einfachheit ihrer Herstellung auszeich-35

net. Die Dehnfestigkeit liegt im Bereich zwischen 270 und 350 N pro 50 mm Breite (MD), und die Zerreißfestigkeit nach Elmendorf zwischen 5,0 und 6,6 H (MD). Das

Verhältnis zwischen Dehnfestigkeit und Zerreißfestigkeit liegt somit im Bereich zwischen 40 t 1 und 70 :

Ferner schafft die Erfindung ein Dachhaut-Verbundmaterial, welches sich im Vergleich zu im Handel erhältlichem Material ähnlicher Art durch eine besondere Kombination von hoher Dehnfestigkeit und Zerreißfestigkeit sowie durch die Einfachheit der Herstellung auszeichnet. Die Dehnfestigkeit des Materials liegt im Bereich zwischen 490 und 600 IT pro 50 mm Breite, und die Zerreißfestig-· keit nach Elmendorf zwischen etwa 6,0 und 8,1 Ή pro 50 mm Breite (MD). Das Verhältnis zwischen Dednfestigkeit und Zerreißfestigkeit liegt somit im Bereich zwischen etwa 60 : 1 und 100 : 1.

Die in der Matte zusammengewirrten Glasfasern liegen in

j 15

Form zweier Faseranteile vor, nämlich in Form von einzel-' j nen Elementarfasern und in Form von gestreckten Faserelementen, welche zu etwa gleichen Gewichtsanteilen vor-

• j 20 handen sind. Die Anzahl der Fasern in einem gestreckten • Faserelement liegt zwischen etwa 2 und 200 und beträgt vorzugsweise etwa 20. Dementsprechend ist die Anzahl der

vorhandenen Elementrarfasern gewöhnlich etwa das Zwanzig- > fache von derjenigen der in der Matte vorhandenen Faser-25 elemente. Die Gesamtzahl beider Faseranteile liegt bei j einem Gesamt-Glasgehalt der Matte von ca. 80 g/m und einer Dicke der Matte von ca. 0,7 mm zwischen etwa 2,9

6 ρ

und 6,6 χ 10 Fasern pro m der Matte.

Das Zusammenwirren der Fasern geschieht in einem Aufschwemmverfahren unter Verwendung von appretierten Glasfaserbündeln mit einem mittleren Faserdurchmesser von 13 - 14 um

und einer Faserlänge zwischen 19 und 44 mm.

Die Bündel werden auf einer gegebenen Faserkonsistenz gehalten und unter kräftigem Bewegen in Gegenwart einer vorbestimmten Konzentration eines chemischen Dispersions-

) mittels dispergiert bzw. aufgelöst werden. Bei Fasern.

größerer Länge kommt eine höhere Konzentration des Dispersionsmittels zur Anwendung. Die Konzentration liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 60 und 160 ppm.

In der vorteilhaftesten Ausführungsform der Erfindung hat die Glasfasermatte eine Dehnfestigkeit von 300 Έ pro 50 mm Breite (MD) bei einem Verhältnis von 53 : 1 zwischen Dehnfestigkeit und Zerreißfestigkeit. Die Matte ist aus Glasfasern gefertigt, welche bei einer Lange von 32 mm und einem Durchmesser von 13 bis 14 pxa in einer Konzentration des Dispersionsmittels von 90 ppm dispergiert sind. Die Gesamtzahl der Faseranteile in der Matte beträgt 3>9 x 10 Fasern pro m . Ein mit einer solchen Matte gefertigtes Dachhaut-Verbundmaterial hat eine Behnfestigkeit von 550 N pro 50 ram Breite (MD) bei einem Verhältnis von 79 : 1 zwischen der Dehnfestigkeit und der Zerreißfestigkeit.

Pur die Herstellung von Glasfasermatten oder Dachhaut-Verbundmaterial mit der erwünschten Kombination von Dehn- und Zerreißfestigkeit werden vorzugsweise Glasfasern mit einem Durchmesser von 13 bis 14 am und einer Länge von etwa 19 bis 44 Zoll verwendet. Bei einem Durchmesser von mehr als 13 bis 14 um ist die Anzahl der in der Matte vorhandenen Fasern zu gering für die Erzielung der gewünschten Eigenschaften, da die Anzahl der in einer Matte vorhandenen lasern umgekehrt proportional dem Quadrat des Durchmessers der Fasern ist. Bei einem Durchmesser von weniger als 13 bis 14 um sind dagegen zu viele Fasern in der Matte vorhanden, wodurch sich deren Porosität so weit verringert, daß sie die für die Fertigung eines brauchbaren Dachhaut-Verbundmaterials notwendige Menge an Asphalt nicht mehr aufzunehmen vermag.

Das für die Herstellung der Glasfasermatte angewendete Aufschwemmverfahren geht von einem einheitlichen Ausgangsmaterial aus, nämlich von vorzugsweise appretierten Glasfaserbündeln aus jeweils ca. 20. bis 2000 Fasern.

Die Glasfaserbündel werden in ein wässriges Medium eingetragen, welches ein chemisches Dispersionsmittel in einer vorbestimmten Konzentration enthält. Geeignet sind verschiedene Dispersionsmittel, soweit sie dazu- . in der Lage sind, die Bündel wirksam zu dispergieren oder aufzulösen. Ein besonders geeignetes Dispersionsmittel ist ein tertiäres Aminoxid, z.B. Arcomox DMHT der Firma Armak Chemical Co., bei welchem es sich um ein Dimethylhydriertes Taigaminoxid handelt. Die Verwendung dieses Dispersionsmittels ist in US-PS 4 179 331 beschrieben.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Verwendung dieses Mittels.

Die Faserbündel werden kräftig in der wässigen Lösung des Dispersionsmittels bewegt, so daß eine Faseraufschwemmung von geeigneter Konsistenz entsteht. Während dieser Bewegung werden einzelne Faserbündel zu Elementarfasern aufgelöst. Die Einzelfasern können sich in Längsrichtung miteinander verbinden, so daß ein gestrecktes Faserelement entsteht. In anderen Bündeln verschieben sich die Fasern in Längsrichtung relativ zueinander, so daß gestreckte Faserelemente auf direktem Wege entstehen.

Das Dispersionsmittel wird in der Faseraufschwemmung auf einer vorbestimmten Konzentration von 60 bis 160 ppm gehalten. Dabei ist die niedrigere Konzentration für kürzere und die höhere für längere Fasern geeignet. In der günstigsten Ausführungsform wird eine Konzentration von 90 ppm für Fasern mit einer Länge von 32 mm verwendet. Unter diesen Bedingungen entsteht durch kräftiges Bewegen des Aufschwemmung während ca. 10 min eine Matte, in welcher die Einzelfasern und die gestreckten Faserelemente in den gewünschten gleichen Mengen vorliegen und welche

die vorbestimmte Gesamtzahl an Faseranteilen enthält. 35

In der Aufschwemmung sind die Fasern vorzugsweise in einem Anteil von etwa 0,3 bis 0,5 Gew.% enthalten. Dieser Anteil

verringert sich vorzugsweise um jeweils ca. 0,05% pro Längenzunahme der Fasern um jeweils 6 mm.

Wie bei bekannten Aufschwemmverfahren wird die Auf schlära-= mung des Dispersionsmittels vor dem Aufbringen auf das zur Bildung der Matte verwendete Sieb mit Wasser verdünnto Die Verdünnung erfolgt auf das etwa 5 bis 25fache, vorzugsweise auf das etwa 1Ofache.

Die auf diese Weise zusammengewirrten Glasfasern werden mit einem Bindemittel versehen und von diesem zusammengehalten. Geeignet sind im Handel erhältliche Bindemittel wie Harnstoff-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehydharze„ Das Bindemittel wird gewöhnlich in einer Menge von 5 bis 50 Gew.%, bezogen auf die fertige Fase?matte, vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Gew.% und insbesondere in einer Menge von ca. 20 Gew.% zugesetzt. Damit beträgt der Gewichtsanteil der Fasern in der Matte etwa 50 bis 95%» vorzugsweise 70 bis 90% und insbesondere ca. 80%.

Das Basisgewicht der fertigen Glasfasermatte aus den zusammengewirrten Fasern und dem Bindemittel beträgt

gewöhnlich etwa 90 bis 110 g/m bei einer Dicke der

Matte von etwa 0,7 mm.
25

Die Glasfasermatte hat eine zum Tränken derselben mit

Asphalt für die Herstellung von Dachhaut-Yerbundmaterial

3 2/

ausreichende Porosität. Diese beträgt etwa 100 nr/m /min,

•2 ρ

gewöhnlich sogar 14-0 nr/m /min oder darüber, entsprechend dem ASTM-D737-Prüfverfahren nach Frazier.

Zur Herstellung von Dachhaut-Yerbundmaterial wird die Glasfasermatte mit exrec geeigneten Menge Asphalt getränkt, gewöhnlich etwa mit ca. 330% Asphalt, bezogen auf das Ausgangsgewicht der Glasfasermatte. Das Dachhaut-Yerbund-. material kann in mehreren, z.B. in drei Schichten übereinandergelegt und durch Zwischenschichten aus Asphaltkleber stoffschlüssig gebunden werden.

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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend in einer Tabelle zusammengefaßt. Darin bedeutet:

a) Faserdurchmesser (um)

b) Faserlänge (mm)

c) Faserkonsistenz (Gew.%)

d) Konzentration des Dispersionsmittels (ppm)

e) Anzahl der Faserbestandteile pro m der Matte (x 10⁵)

f) Porosität (nr/m /min)

g) Dehnfestigkeit der Matte (N/50mra (MD))

h) Zerreißfestigkeit der Matte nach Elmendorf (H(MD))

i) Verhältnis von Dehn- zu Zerreißfestigkeit

3) Dehnfestigkeit .des Dachhaut-Verbundmaterials (MD)

k) Zerreißfestigkeit des Dachhaut-Verbundmaterials (MD)

1) Verhältnis von Dehn- zu Zerreißfestigkeit.

a)	b)	c)	d)	e)	f)	350	h)	i)	3)	k)	D
13-14	19	0,50	60	6,6	140	325	5,0	70,0	600	6,0	100
13-14	25	0,45	80	5,0	140	300	5,2	62,5	570	6,5	88
13-14	32	0,40	90	3,9	140	290	5,6	53,5	550	7,0	79
13-14	38	0,35	120	3,3	140	270	5,8	50,0	520	7,2	72
13-14	44	0,30	160	2,9	140	,6,6	40,0	490	8,1	60

Claims

PATENTANWÄLTE

REPRESENTATIVES BEFORE THE
EUROPEAN PATENT OFFICE

3U3586

A. GRÜNECKER

DIPL.11*3

H. KINKELDEY

DR-IMS

W. STOCKMAIR

DR-ING. AeElCALTECH)

K. SCHUMANN

DR RER NAT ■ DIPL-PHYS

P. H. JAKOB

ÖPL-ING

G. BEZOLD

DR. RER. NAT ■ DPL-CHEM

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 16 669

GAF CORPORATION 140 West 51st Street, Uew York, New York USA

2. November 1981

Glasfasermatte insbesondere für ein
Dachhaut-Verbundmat erial

1. Glasfasermatte insbesondere für die Herstellung von Dachhaut-Verbundmaterial, gekennzeichnet durch in einem Aufschwemmverfahren durch Dispersion von Glasfaserbündeln zusammengewirrte Glasfasern, welche jeweils einen Durchmesser von ca. 13 bis 14 um bei einer Länge von 19 bis 44 mm aufweisen und zu im wesentlichen gleichen Gewichtsanteilen in Form von einzelnen Elementarfasern und von gestreckten Faserelementen vorliegen, und durch einen die Faserbestandteile zusammenhaltenden Binder.

2. Glasfasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Porosität von mindestens 100 nr/m /min aufweist. .

3. Glasfasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Porosität von 140 nr/m /min aufweist.

4. Glasfasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern nach Größe sortiert und/oder appretiert sind.

5· Glasfasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestreckten Faserelemente jeweils etwa 2 bis 200 Fasern enthalten.

6. Glasfasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der Faserbestandteile pro Flächeneinheit zwischen 2,9

6 p

und 6,6 χ 10 Fasern pro m bei einem Gewicht des Glas-

anteils von ca. 80 g/m und einer Dicke der Matte von ca. 0,7 mm liegt.

7. Glasfasermatte nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge von ca. 32 mm haben und daß die Gesamtzahl der Faser-

6 ρ

bestandteile ca. 3-9 x 10 Fasern pro m beträgt.

8. Glasfasermatte nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß sie bei einem Gesamt-Einheitsgewicht von ca. 100 g/m und einem Binderanteil von 20 Gew.% eine Dehnfestigkeit von 300 Ή pro 50 mm Breite (MD) und eine Zerreißfestigkeit nach Elmendorf

von 5,6 N (MD) aufweist.
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■9· . Unter Verwendung einer Glasfasermatte nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestelltes Dachhaut= Verbandmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte sättigend mit Asphalt getränkt

1Oo Dachhaut-Verbundmaterial nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Basis=

gewicht der Glasmatte von ca. 100 m und einem Binderanteil von 20 Gew.% in der Matte eine Dehnfestigkeit "^on 550 IT pro 50 mm Breite (MD) und eine Zerreißfestigkeit nach Elmendorf von 7 Ή (MD) aufweist»

11 β Dachhaut-Verbundmaterial nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß es aus mehreren jeweils durch eine Schicht eines Asphaltklebers miteinander verbundenen Schichten aufgebaut isto

12. Dachhaut-Veibundmaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es aus drei Schichten aufgebaut ist.