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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
nassgelegten Glasfaserstoffes, der zur Bildung verstärkter Artikel
geeignet ist. Der nassgelegte Faserstoff umfasst Mikrokügelchen,
die die Steifigkeit und Schlagbeständigkeit verstärkter Artikel
und insbesondere leichtgewichtiger Artikel verbessern.
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Mikrokügelchen
wurden in faserige Vliesverstärkungen
eingearbeitet, die in der Produktion geformter Verbundartikel nützlich sind,
um die Bildung leichtgewichtiger Verbundstoffe zu ermöglichen.
Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung ausgedehnter Mikrokügelchen
zu einer beachtlichen Einsparung an Harz- und Glasfasern in trockengelegten
Faserbahnen führt.
Zusätzlich
werden die mechanischen Eigenschaften des Produkts, das mit der
Bahn verstärkt
ist, wie Steifigkeit oder Schlagbeständigkeit, zumindest beibehalten
oder sogar verbessert, und die Wärmeisolierungsfähigkeit
ist erhöht.
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Zum
Beispiel beschreiben GB-A-1,427,647 und US-A-3,676,288 die Anwendung
oder Eingliederung nicht ausgedehnter Mikrokügelchen in einer Faserbahn
unter Verwendung eines Bindemittels wie Polyacrylonitrillatex. Wenn
das Bindeharz getrocknet und vernetzt wird, werden die Mikrokügelchen
an der Faserbahn befestigt und ausgedehnt. In US-A-4,818,583 wurde
ein Verfahren zur Herstellung einer gebundenen Faserbahn, die Mikrokügelchen umfasst,
beschrieben. Diese Verfahren einer Zugabe der Mikrokügelchen
zu der Faserbahn betrafen jedoch einen Trockenlegeprozess.
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Faserbahnen
oder -stoffe, die eine Form von faserigen Vliesverstärkungen
sind, sind als Verstärkungen
für viele
Arten gehärteter
synthetischer Kunststoffmaterialien bestens geeignet, wie Polyester
oder Epoxidharz. Faserstoffe werden für gewöhnlich durch einen Trocken-
oder Nasslegeprozess gebildet. Für
gewöhnlich
werden Glas- und Mineralfasern in die Faserstoffe eingefügt, um dem Verbundartikel,
der durch Formen des Stoffes gebildet wird, zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit
zu verleihen. Die Verwendung von Glasfasern in einem Trockenlegeprozess
führt jedoch
bei den Maschinen, die für
gewöhnlich
im Trockenlegeprozess eingesetzt werden, zu einem Verschleiß. Daher
kann das Einarbeiten von Glasfasern in einem Trockenlegeprozess
kostspielig sein.
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US-A-5,695,871
beschreibt die Herstellung nassgelegter und nicht nassgelegter Materialien,
die ausdehnbare Mikrokügelchen
enthalten, aber die fraglichen Materialien sind Propylenvliesmaterial
und eine luftgelegte Zellulosevliesbahn.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem Nasslegeverfahren zur Herstellung
von Faserstoffen, die als Verstärkung
beim Formen von Verbundstoffen verwendet werden können, wodurch
eine kosteneffektivere Einarbeitung von Glas oder einer anderen Verstärkung möglich ist
und das Einarbeiten von Mikrokügelchen
für eine
zusätzliche
Steifigkeit und Schlagbeständigkeit
möglich
ist. Ferner besteht ein Bedarf, ein kontinuierliches und wirksames
Verfahren zur Produktion solcher faserigen Verstärkungen zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines mit Mikrokügelchen
gefüllten,
nassgelegten Glasfaserstoffes bereitgestellt, umfassend die folgenden
Schritte:
- Bilden eines nassgelegten Vliesstoffes aus Glasfasern;
- Imprägnieren
einer Zusammensetzung, die ein Bindemittel und die Mikrokügelchen
umfasst, in den nassgelegten Stoff; und
- Trocknen des imprägnierten
nassgelegten Stoffes zur Härtung
des Bindemittels.
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Vorzugsweise
wird der Stoff mit einem Vorbindemittel vor dem Imprägnieren
mit der Zusammensetzung aus Bindemittel/Mikrokügelchen vorgebunden.
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Die
Erfindung ist in der Folge ausführlicher nur
in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, von welchen:
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1A, 1B und 1C Fließdiagramme
von drei Ausführungsformen
des Prozesses der vorliegenden Erfindung sind;
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2 ein
Querschnitt eines mit Mikrokügelchen
gefüllten,
nassgelegten Stoffes ist;
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3 ein
Querschnitt eines mit Mikrokügelchen
gefüllten,
nassgelegten Stoffes ist, der mit Harz gesättigt ist;
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4 ein
Querschnitt eines Laminats ist, das mit Schichten aus mit Mikrokügelchen
gefüllten, nassgelegten
Stoffen im Kern des Laminats hergestellt ist;
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5 ein
Querschnitt eines Laminats ist, das mit einem mit Mikrokügelchen
gefüllten,
nassgelegten Stoff als Oberflächenstoff
hergestellt ist; und
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6 eine
schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
nassgelegten Vliesfaserstoffes mit Mikrokügelchen. Wie in 1A dargestellt,
beinhaltet das Verfahren das Herstellen eines nassgelegten Faservliesstoffes 10 und
das Imprägnieren
von Mikrokügelchen
in den Stoff 20.
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Der
Begriff "nassgelegter
Stoff", wie hierin verwendet,
bezieht sich auf eine Bahn verschlungener, zufällig ausgerichteter Verstärkungsfasern,
die nach einem Nasslegeverfahren hergestellt wurden. Der "Stoff" der vorliegenden
Erfindung kann auch "Schichten" oder "Matten" enthalten, die nach
dem Nasslegeverfahren hergestellt werden. Die Fasern sind vorzugsweise
segmentiert und wahlweise kann der gebildete Stoff mit Endlosfilamenten
verstärkt werden.
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"Imprägnieren", wie hierin verwendet,
bezeichnet ein Mittel zum Einarbeiten von Mikrokügelchen in den Faserstoff.
Das Verfahren zum Imprägnieren
kann durch jedes Verfahren ausgeführt werden, das zum Einarbeiten
oder Einfügen
dieser Materialien in den Faserstoff geeignet ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Mikrokügelchen zu
einem Zeitpunkt nach der Bildung des Stoffes in den Stoff imprägniert.
Insbesondere werden die Mikrokügelchen
vorzugsweise nach der Bildung in einer Formungskammer, wie auf einem
Sieb, oder nach dem Hindurchleiten durch einen ersten Trockner imprägniert.
Wie in 1B und 1C dargestellt, werden
die Mikrokügelchen
vorzugsweise nach dem Hindurchleiten durch einen ersten Trockner 30', 30" imprägniert 40', 40".
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Die "Mikrokügelchen" der vorliegenden
Erfindung sind Partikel aus thermoplastischem Harzmaterial, in welchen
ein chemisches oder physikalisches Treibmittel enthalten sein kann,
und die bei Erwärmung
ausgedehnt werden können.
Die Mikrokügelchen
der vorliegenden Erfindung können
jeden gewünschten
Durchmesser haben. Zum Beispiel können sie einen Durchmesser
von etwa 6 bis etwa 45 μm
(Mikron), vorzugsweise, etwa 10 bis etwa 16 μm im nicht ausgedehnten Zustand
haben, und einen Durchmesser von etwa 15 bis etwa 90 μm, vorzugsweise
etwa 40 bis etwa 60 μm
im ausgedehnten Zustand. Die Mikrokügelchen können entweder im ausgedehnten
oder im nicht ausgedehnten Zustand verwendet werden. Es kann jedes
geeignete thermoplastische Harzmaterial zur Herstellung der Mikrokügelchen
verwendet werden. Zu geeigneten thermoplastischen Harzmaterialien
zählen
zum Beispiel Polystyrol, Styrolcopolymere, Acrylonitril, Polyvinylchlorid,
Vinylchlorid-Copolymere, Vinylidenchlorid-Copolymere. Das thermoplastische
synthetische Harzmaterial ist vorzugsweise bei Raumtemperatur fest.
Vorzugsweise bestehen die Mikrokügelchen
aus dem thermoplastischen Harzmaterial Vinylidenchlorid-Copolymer.
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Vorzugsweise
enthalten die Mikrokügelchen ein
chemisches oder physikalisches Treibmittel in den Kügelchen,
das deren Ausdehnung bei Erwärmung
ermöglicht.
Es kann jedes geeignete Treibmittel verwendet werden, vorausgesetzt
es bewirkt eine Ausdehnung der Mikrokügelchen bei Erwärmung. Zum
Beispiel umfassen geeignete Treibmittel Azodicarbonamid, Isobutan,
Pentan, Isopentan und Freon. Vorzugsweise ist das Treibmittel Isopentan.
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Wie
in 6 dargestellt, umfasst ein Nasslegeverfahren das
Mischen von Verstärkungsfaserkomponenten
mit Wasser in einer wässerigen
Faseraufschlämmung 600,
die als "weißes Wasser" bekannt ist, unter
Rühren
in einem Mischtank. Die Verstärkungsfaserkomponente
kann jede Verstärkungsfaser
sein, die zur Verwendung in einem Nasslegeverfahren geeignet ist.
Zum Beispiel kann sie Metallfasern, Keramikfasern, Mineralfasern,
Glasfasern, Kohlenstofffasern, Graphitfasern, Polymerfasern, wie Aramid
(zum Beispiel Kevlar®), Polyester, Polyacryle, Polyamide,
Polyacrylonitril, natürliche
Fasern und Kombinationen davon umfassen, wie auch alle anderen faserigen
Verstärkungsmaterialien,
die herkömmlich
in der Herstellung verstärkter
Verbundstoffe verwendet werden. Vorzugsweise werden Glasfasern verwendet.
Die Fasern können
als Filamente oder als Stränge
aus zusammengefassten Filamenten in geschnittener Form verwendet
werden. Wahlweise können kontinuierliche
Filamente als längenorientierte Verstärkung für den Stoff
verwendet werden. Besonders bevorzugt für die Fasern sind geschnittene Glasfasern.
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Es
können
zusätzliche
Elemente zur Herstellung der wässerigen
weißen
Wasseraufschlämmung zugesetzt
werden, wie in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel antistatische
Mittel, Kopplungsmittel, Pigmente, oberflächenaktive Stoffe, Anti-Schäumungsmittel,
Farbmittel, Füllmittel
und Vorbindemittel, wie Polyvinylalkohol. Vorzugsweise wird ein
Vorbindemittel verwendet, das in jeder Form, wie in Pulver- oder Faserform,
verwendet werden kann.
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Wie
in 6 dargestellt, wird die wässerige Faseraufschlämmung 600 auf
eine geeignete Formungsvorrichtung 610 übertragen, wie ein sich bewegendes
Sieb oder ein Formungssieb auf einer Schrägsieb-Formungsmaschine, Siebzylinder, Langsiebmaschinen,
Stevens Former-, Roto Former-, Inver Former- oder Venti Former-Maschinen. Vorzugsweise
findet die Bildung des Stoffes auf einer Schrägsieb-Formungsmaschine statt.
Auf der Formungsvorrichtung 610 vermengen sich die Fasern
und die zusätzlichen
Aufschlämmungselemente
in der wässerigen
Faseraufschlämmung
zu einem frisch hergestellten nassgelegten Faserstoff 615,
während überschüssiges Wasser
abgetrennt wird. Der Entwässerungsschritt
kann mit jedem bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie durch Ableiten
oder Vakuum. Der Wassergehalt des Stoffes nach dem Entwässern und
Vakuum liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 60 bis etwa 85%.
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Nach
der Bildung des nassgelegten Faserstoffes 615 wird der
nassgelegte Faserstoff auf ein Förderband 617 übertragen,
das den Stoff in eine Einrichtung 620 leitet, wo das Wasser
im Wesentlichen entfernt wird. Die Entfernung des Wassers kann durch
jedes bekannte Bahntrocknungsverfahren erfolgen, einschließlich der
Verwendung eines Drehtrommel/Durchström- Trockners oder Ofens, eines Heiztrommeltrockners,
einer Infrarot-Heizquelle, eines Heißluftgebläses, einer Mikrowellen aussendenden
Quelle und dergleichen. Zumindest eine Trocknungsmethode ist zur
Entfernung des Wassers notwendig, aber es können mehrere dieser Methoden
in Kombination verwendet werden, um das Wasser zu entfernen und
den nassgelegten Faserstoff 617 zu trocknen. Die Temperatur
des Trockners kann von etwa 120°C
(248°F)
zu Beginn bis etwa 210°C (410°F) am Ende
des ersten Trocknungsprozesses reichen. Die Luftgeschwindigkeit
kann im Bereich von etwa 0,5 bis 1 m/sec sein.
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Wahlweise,
wie in 1A dargestellt, kann ein Vorbindemittel
am nassen Ende auf den Stoff aufgetragen werden 20, bevor
dieser zu der Wasserentfernungseinrichtung übertragen wird. Wenn ein Vorbindemittel
verwendet wird, wird es im ersten Trockner 30 an die Fasern
gebunden, um einen vorgebundenen Stoff zu bilden.
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Wie
in 6 dargestellt, besteht der Stoff 615' nach dem Durchlaufen
des ersten Trockners 620 aus einer Faserzusammensetzung.
Vorzugsweise umfasst die Faserzusammensetzung des Stoffes 615' Glasfasern
und ein Vorbindemittel am nassen Ende. Wahlweise sind zusätzliche
Mittel vorhanden, wie zuvor beschrieben wurde. Die Fasern und das wahlweise
Vorbindemittel und andere Mittel können in jedem gewünschten
Verhältnis
vorhanden sein. Vorzugsweise besteht die Faserzusammensetzung des
Stoffes nach dem ersten Trockner aus etwa 70 bis etwa 95% Glasfasern
und etwa 5 bis 30° Vorbindemittel
am nassen Ende. Insbesondere ist die Faserzusammensetzung des Stoffes
zwischen etwa 90 und etwa 95% Glasfaser und zwischen etwa 5 bis etwa
10% Vorbindemittel am nassen Ende (Pulver oder Faser) und der gesamte
Trockensubstanzgehalt, der zu dem Trockner geleitet wird, liegt
im Bereich von etwa 28 bis etwa 32%.
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Das
Imprägnieren
der Mikrokügelchen
in den gebildeten Stoff beinhaltet das Kontaktieren einer Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung,
die die Mikrokügelchen
umfasst, mit dem gebildeten Stoff. Die Mikrokügelchen werden mit einem Bindeharz
zur Bildung einer Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung
vereint, die mit dem Stoff in Kontakt gebracht werden kann. Es können ein
oder mehrere Binderharze, die für
Anwendungen in Verstärkungsfasern geeignet
sind, verwendet werden. Zu geeigneten Bindemitteln zählen Polyvinylacetat
(PVA), Ethylenvinylacetat/Vinylchlorid (EVA/VC), niederes Alkylacrylatpolymer,
Styrol-Butadiengummi, Acrylonitrilpolymer, Polyurethan, Epoxidharze,
Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Copolymere von Vinylidenchlorid
mit anderen Monomeren, teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat,
Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyesterharze, oder Styrolacrylat.
Wahlweise können
diese Bindemittel mit sauren Gruppen funktionalisiert sein, zum
Beispiel durch Carboxylierung mit einer Säure. Ein geeignetes Carboxylierungsmittel
ist zum Beispiel Maleinsäureanhydrid. Das
Bindemittel kann in jeder Form verwendet werden, wie als Pulver,
als Faser oder als Flüssigkeit. Vorzugsweise
ist das Bindemittel ein Styrol-kompatibles oder ein lösliches
Bindemittel, wie Styrolacrylat. Es wird ferner festgehalten, dass
die oben genannten Bindemittel auch als Vorbindemittel geeignet
sein können.
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Die
Mikrokügelchen
und Bindemittel in dem Imprägnierungsbindemittel
können
in jedem Verhältnis
vorhanden sein. Vorzugsweise überschreitet
der Anteil der Mikrokügelchen
den Anteil des Binderharzes. Insbesondere ist das Verhältnis von
Mikrokügelchen
zu Bindemittel im Bereich von 60:40 bis 80:20.
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Die
Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung
kann des Weiteren andere Komponenten enthalten, die für Verstärkungsfasermaterialien
geeignet sind. Zum Beispiel kann die Bindemittelzusammensetzung
wahlweise Wasser, oberflächenaktive
Stoffe, Schaumstabilisatoren, Verdickungsmittel, Farbstoffe, Kohleschwarz,
hydratisiertes Aluminiumoxid, aufgetriebenes Silica, Kalziumcarbonat,
oder polymere Pulver enthalten.
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Das
Imprägnierungsbindemittel
wird mit dem Faserstoff nach Bildung des Stoffes 615 selbst
in Kontakt gebracht. Der gebildete Stoff kann mit dem Imprägnierungsbindemittel 630 entweder
vor dem Vorbinden in einem ersten Trockner 620 oder nach dem
Vorbinden in dem ersten Trockner in Kontakt gebracht werden. Jedes
Verfahren, das zum Imprägnieren
der Bindemittelzusammensetzung, die ein Bindemittel und Mikrokügelchen
umfasst, in den Faserstoff geeignet ist, kann verwendet werden.
Zu geeigneten Verfahren zählen
zum Beispiel die Verwendung einer Leimpresse 640, wie einer
Foulard-Auftragmaschine, eines Bindesiebes, eines Drehsiebes, einer
Tauchwalze, des Sprühens,
eines Beschichtungsgeräts, und
dergleichen. Während
andere zusätzliche
Mittel oder Beschichtungen aufgetragen werden können, wird vorzugsweise nur
das Imprägnierungsbindemittel 630 mit
dem nassgelegten Vliesfaserstoff 615 in Kontakt gebracht.
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Die
Mikrokügelchen
werden nach der Bildung des Stoffes imprägniert, vorzugsweise vor dem Einleiten
in den ersten Trockner oder vor dem Vorbinden mit einem Vorbindemittel,
oder nach dem Bilden des nassgelegten, vorgebundenen Faservliesstoffes. Ganz
bevorzugt werden die Mikrokügelchen
nach der Bildung des nassgelegten vorgebundenen Faservliesstoffes
zugegeben. Dies erfolgt während
eines zusätzlichen
In-Line-Imprägnierungsverfahrens.
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Bei
der Bindung am "nassen
Ende" des Stoffes 615,
wie auf dem Formungssieb 610, und vor dem ersten Trockner 620 umfasst
der gebildete Stoff eine Faserzusammensetzung und Wasser. Die Faserzusammensetzung
ist in einer Menge von etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 45 Gewichtsprozent,
vorzugsweise etwa 30 Gewichtsprozent vorhanden. Die Faserzusammensetzung
umfasst vorzugsweise etwa 70% bis etwa 95% Fasern und etwa 5 bis
etwa 40% Vorbindemittel am nassen Ende. Wasser ist in einer Menge
von etwa 55 Gewichtsprozent bis etwa 85 Gewichtsprozent vorhanden,
vorzugsweise etwa 70% Wasser.
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Wenn
die Mikrokügelchen
direkt nach der Bildung am nassen Ende und vor dem ersten Trockner 10 (siehe 1A)
imprägniert
werden, wird die Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung,
die ein Bindemittel und die Mikrokügelchen umfasst, mit dem Stoff
in Kontakt gebracht, der von der Formungsvorrichtung gebildet wird.
In einem solchen Fall wird das Imprägnierungsbindemittel, das das Bindemittel
und die Mikrokügelchen
umfasst, in den Stoff, wie zuvor beschrieben, imprägniert.
Vorzugsweise wird ein Bindesieb zum Imprägnieren der Imprägnierungsbindemikrokügelchen
in den Stoff verwendet. Danach läuft
der mit Mikrokügelchen
imprägnierte
Stoff durch den ersten Trockner zur Bildung eines mit Mikrokügelchen
gefüllten
Faservliesstoffes. Wahlweise kann der Stoff durch einen zweiten
Trockner 650 laufen.
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Als
Alternative können
die Mikrokügelchen nach
dem ersten Trockner (siehe 1B und 1C)
imprägniert
werden, wobei ein Vorbindemittel wahlweise an den Faservliesstoff
gebunden wird, um den vorgebundenen Faservliesstoff zu bilden. Auf diese
Weise wird nach dem ersten Trockner der nassgelegte vorgebundene
Faservliesstoff gebildet und verfestigt. Das Imprägnierungsbindemittel
kann vorzugsweise in-line an den vorgebundenen Faservliesstoff,
wie zuvor beschrieben, aufgebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung,
die das Bindemittel und die Mikrokügelchen umfasst, unter Verwendung
einer Leimpresse oder einer Auftragmaschine vom Foulard-Typ imprägniert.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Stoff in die Foulard-Auftragmaschine
eingebracht wird um sicherzustellen, dass der vorgebundene Vliesstoff
an beiden Seiten benetzt wird. Dies kann erreicht werden, indem
der Stoff in die Foulard-Auftragmaschine von oben in einem Doppelwalzensystem
eingebracht wird, wobei die Imprägnierungsbindeflüssigkeit
auf beide Seiten des Stoffes aufgebracht werden kann. Anschließend kann
der Faserstoff wahlweise getrocknet und/oder gehärtet werden. Vorzugsweise wird
der imprägnierte
Faserstoff in einem Ofen getrocknet und gehärtet, vorzugsweise in einem
Druckluftflotationsofen. Für
den Fachmann ist klar, dass der Härtungsofen auch eine geeignete
Trocknungsvorrichtung umfassen kann, wie einen Drehtrommel/Durchström-Trockner
oder -Ofen, einen Heiztrommeltrockner, ein Heißluftgebläse oder eine Mikrowellen aussendende
Quelle.
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Die
bevorzugteste Ausführungsform
wird nun ausführlicher
in Bezug auf 6 beschrieben. Bei dieser werden
Glasfasern, Wasser und ein Vorbindemittel zur Bildung der wässrigen
Faseraufschlämmung 600 gemischt.
Die Aufschlämmung 600 wird
dann zu einer Formungsvorrichtung 610, vorzugsweise einem
Formungssieb, zur Bildung eines Stoffes 615 bei gleichzeitiger
Entwässerung
(nicht dargestellt) geleitet. Der gebildete Stoff wird dann auf einem
Band durch einen ersten Bandtrockner 620 geleitet, in dem
das Vorbindemittel an den Faservliesstoff zur Bildung des vorgebundenen
Faservliesstoffes 615' gebunden
wird. Die Imprägnierungsbindemittelflüssigkeit 630 wird
dann auf den vorgebundenen Faservliesstoff in einer Imprägnierungseinheit 640 aufgebracht.
Vorzugsweise ist die Imprägnierungseinheit 640 eine
Foulard-Auftragsmaschine. Es ist besonders bevorzugt, dass der vorgebundene
Faservliesstoff an beiden Seiten mit der Imprägnierungsbindeflüssigkeit 630 in
der Imprägnierungseinheit 640 benetzt
wird. Dies kann durch Einleiten des Stoffes in die Imprägnierungseinheit 640 von
oberhalb der Einheit und Aufbringen der Imprägnierungsbindeflüssigkeit 630 an
beiden Seiten des Stoffes erfolgen. Anschließend wird der imprägnierte
Stoff in einem zweiten Trockner 650 getrocknet, der vorzugsweise
ein Druckluftflotationsofen ist. Der erhaltene, mit Mikrokügelchen
gefüllte
Stoff wird auf einer Wickelvorrichtung 660 aufgenommen.
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Es
hat sich gezeigt, dass, wenn die Mikrokügelchen dem Imprägnierungsbindemittel,
das das Bindemittel und die Mikrokügelchen umfasst, zugegeben
werden, der Trocknungsprozess den verschiedenen Komponenten, die
das Bindemittel, das synthetische Harz und Treibmittel enthalten,
ermöglicht, effektiv
miteinander in Wechselwirkung zu treten. Zum Beispiel wird während dem
Trocknen des imprägnierten
Faserstoffes gemäß dieser
Ausführungsform
das Bindemittel gehärtet
und vernetzt, während bei
derselben Temperatur die Mikrokügelchen
ausgedehnt werden. Die ausgedehnten, imprägnierten Mikrokügelchen
ergeben ein größeres Volumen
der Mikrokügelchen
im nassgelegten Faserstoff.
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Der
Herstellungsprozess des mit Mikrokügelchen gefüllten, nassgelegten Stoffes
der vorliegenden Erfindung kann entweder in-line, das heißt, kontinuierlich,
ausgeführt
werden oder in einzelnen Schritten. Vorzugsweise wird der Prozess
in-line ausgeführt.
Ferner werden alle zusätzlichen
Verfahrensschritte zur Behandlung der Fasern, Bildung des nassgelegten
Stoffes und Bindung des nassgelegten Stoffes als im Umfang der vorliegenden
Erfindung liegend angesehen.
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Der
mit Mikrokügelchen
gefüllte
nassgelegte Stoff, der gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird, kann jede gewünschte Menge an Mikrokügelchen
umfassen, zum Beispiel etwa 5 bis etwa 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise
etwa 15 bis 25 Gewichtsprozent Mikrokügelchen.
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Das
Füllmaß und die
Produktdicke kann durch Wählen
eines bestimmten Gewichts und Vorbindemittelgehalts des vorgebundenen
Vlieses beeinflusst werden, wie auch der anschließend verwendeten
Menge an Mikrokügelchen
und Bindemittel. Das "Füllmaß" bestimmt, wie viel
Harz in ein Verstärkungsmaterial
eingearbeitet werden muss, um Zwischenöffnungen in der Verstärkung zu
Füllen
oder auszugleichen. Je höher
das Füllmaß, umso
geringer ist die notwendige Harzmenge für eine Verstärkung derselben
Dicke. Es hat sich gezeigt, dass ein höheres Füllmaß erreicht wird, wenn die Imprägnierungsbindemittelzusammensetzung
anschließend
an die Bildung des nassgelegten vorgebundenen Faservliesstoffes
aufgebracht wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 umfasst der mit Mikrokügelchen
gefüllte
nassgelegte Stoff 200 der vorliegenden Erfindung Mikrokügelchen 210 und die
Fasern 220. Die Mikrokügelchen
in dem Stoff können
in einem regelmäßigen oder
wahllosen Muster angeordnet sein. Das regelmäßige Muster bezieht sich auf
ein Muster von "Inseln" von Mikrokügelchen 210 mit
im Wesentlichen gleicher Form, getrennt durch Kanäle oder
offene Räume 230 zwischen
den Mikrokügelchen
und den Fasern 220. Als Alternative kann der Stoff eine
wahllose Anordnung von Mikrokügelchen
umfassen, die sich auf eine diskontinuierlich verteilte Anordnung
von Mikrokügelchen
ohne Gleichförmigkeit
im Muster bezieht. Die Verwendung einer Leimpresse oder einer Imprägniervorrichtung vom
Foulard-Typ in Kombination mit den gewählten Bindemittelformulierungen
führt zu
einer ziemlich regelmäßigen Verteilung
der Mikrokügelchen
im Stoff. Die Gleichförmigkeit
der Verteilungsmuster trägt
zu der gleichförmigen
Benetzung der Fasern in den Stoffen bei.
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Der
Stoff der vorliegenden Erfindung kann anschließend als Verstärkung in
einem Formungsprozess verwendet werden, um einen Verbundartikel zu
erzeugen (siehe 3 und 4). Zum
Beispiel kann der Stoff durch Imprägnieren mit einem Flüssigharz
und einem Härtungsmittel
dafür geformt
werden. Das Flüssigharz
kann jedes geeignete Harz zur Bildung eines verstärkten Fasermaterials
sein, wie Polyester und Epoxidharze. Das Härtungsmittel kann jeder geeignete
Katalysator zum Katalysieren der Vernetzung des Bindemittels sein,
wenn der mit Mikrokügelchen
gefüllte,
nassgelegte Stoff, das Flüssigharz
und das Härtungsmittel
gehärtet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 umfasst der Verbundartikel 300,
der mit dem mit Mikrokügelchen gefüllten Stoff
der vorliegenden Erfindung verstärkt ist,
Mikrokügelchen 310 und
Fasern 320 wie zuvor beschrieben. Der Stoff ist mit Harz 330 imprägniert, das
in der gewünschten
Form gehärtet
und ausgehärtet
wird.
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Eine
weitere mögliche
Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 dargelegt, wo ein Laminat 400 unter
Verwendung des mit Mikrokügelchen
gefüllten Stoffes 410 der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In dieser Hinsicht können mehrere
mit Mikrokügelchen
gefüllte
Stoffe 410 der vorliegenden Erfindung zwischen einer geeigneten
Matte 420, die Verstärkungsfasern
umfasst, wie in der Technik bekannt ist, gestapelt werden. Ein Oberflächenstoff 430 kann des
Weiteren auf die Oberfläche
des Laminats 400 aufgebracht werden. Das Laminat wird,
wie in der Technik bekannt ist, gehärtet und ausgehärtet. Der mit
Mikrokügelchen
gefüllte
Faserstoff, der gemäß dieser
Erfindung hergestellt wird, ist auch zur Verwendung als Kernmaterial
für Objekte
sehr geeignet, die aus allen Arten von synthetischem Harz, wie Polyesterharz
oder Epoxidharz, bestehen.
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5 zeigt
eine weitere Anwendung des Faserstoffes 510, der gemäß dieser
Erfindung hergestellt wurde, als Oberflächenstoff in einem Laminat 500 unter
Verwendung eines Glasgewebes 530 an der Außenseite
und eines Kernmaterials 520 an der Innenseite. In dieser
besonderen Anwendung werden die Stoffe der vorliegenden Erfindung
als Oberflächenstoff
aufgebracht und verhindern ein Durchdrücken des Gewebes.
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Es
hat sich gezeigt, dass das In-Line-Verfahren zur Herstellung von
mit Mikrokügelchen
gefüllten, nassgelegten
Stoffen einen hohen Durchsatz oder eine hohe Produktionsrate mit
einer sehr guten Konsistenz und deutlich verbesserten Faserverteilung
im Vergleich zur Trockenlege-Technik vereint. Ferner ist das Verfahren
der vorliegenden Erfindung gegenüber anderen
Verfahren aufgrund der einfachen Verwendung von Glas- und Mineralfasern
vorteilhaft. Insbesondere ist die Verwendung von Glasfasern als
Verstärkungsfasermaterial
eine einfachere Prozedur als zum Beispiel die Anwendung des Trockenlege-Verfahrens.
Während
zum Beispiel in einem Trockenlege-Verfahren die Glasfasern einen
Verschleiß bei den
Maschinen verursachen, die für
solche Prozesse erforderlich sind, wird im Nasslege-Prozess der
vorliegenden Erfindung ein solcher Verschleiß nicht festgestellt. Daher
ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung weniger kostspielig
und effizienter. Zusätzlich werden
gegenwärtig
mit Mikrokügelchen
gefüllte Vliesstoffe,
die vorwiegend aus Polyesterfaser hergestellt sind, hauptsächlich in
GRP-Anwendungen eingesetzt, wo Laminate unter Verwendung von Glasgewebe
oder Glasmatten (zum Beispiel Glasschnittmatten) an der Außenseite
und das mit Mikrokügelchen gefüllte Vlies
im Kern verwendet werden. Dies erzeugt leichte und steife Laminate.
Ferner führt
die Verwendung von Glasfasern zu einer höheren Steifigkeit und Festigkeit.
Ferner weisen die mit Mikrokügelchen
gefüllten,
nassgelegten Stoffe auch eine geringere Dehnung und geringere Empfindlichkeit
für eine
Schrumpfung auf, was eine mögliche
Verwendung in Zieh-Strangpressverfahren eröffnet.
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Die
folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung aber keineswegs
einer Einschränkung des
Umfangs dieser Erfindung.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Ein
40 Gramm pro Quadratmeter (gsm) Stoff, der aus 89% 13 μm 6 mm Glas
und 11% PVA-Vorbindemittel besteht, wird unter Verwendung eines
Nasslegeverfahrens unter Verwendung eines Schrägsiebformers gebildet. Dieser
Stoff wird zu einem Bandtrockner geführt und getrocknet und ausgehärtet, um eine
vorgebundene Bahn zu bilden. Die Bahn wird anschließend unter
Verwendung einer Leimpressen-Foulard-Auftragsmaschine mit einer Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung, bestehend
aus 30% Styrolacryl, das im Handel von Necarbo als "Neboplast SBN2039" erhältlich ist,
und 70% Mikrokügelchen,
die im Handel von Akzo Nobel als "Expancel 054WU" erhältlich
sind, in-live imprägniert.
Die Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung
wird mit einem Vakuumsystem gesteuert und der Sollwert wird auf 15
gsm eingestellt. Die imprägnierte
Bahn wird zu einem Druckluftflotationsofen geleitet, um die Bahn
zu trocknen und die Mikrokügelchen
auszudehnen. Abhängig
von der Geschwindigkeit lag die verwendete Temperatur zwischen etwa
120°C (248°F) und 180°C (356°F). Bei diesen
Einstellungen kann eine Endproduktdicke von etwa 1,2 mm und ein
Volumenfüllmaß von etwa
30 % erreicht werden.
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Beispiel 2
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Ein
100 gsm Stoff, der aus 92% 13 μm
6 mm Glas und 8% PVA-Vorbindemittel
besteht, wird unter Verwendung eines Nasslegeverfahrens unter Verwendung
einer Langsiebmaschine mit Schrägsieb gebildet.
Dieser Stoff wird zu einem Bandtrockner geführt und getrocknet und ausgehärtet, um
eine vorgebundene Bahn zu bilden. Die Bahn wird anschließend unter
Verwendung einer Leimpressen-Foulard-Auftragsmaschine mit einer Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung, bestehend
aus 30% Styrolacryl (Necarbo SBN2039), und 70% Mikrokügelchen
(Expancel 054WU), in-line imprägniert.
Die Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung
wird mit einem Vakuumsystem gesteuert und der Sollwert wird auf
35 gsm eingestellt. Die imprägnierte
Bahn wird zu einem Druckluftflotationsofen geleitet, um die Bahn
zu trocknen und die Mikrokügelchen
auszudehnen. Abhängig
von der Geschwindigkeit, die üblicherweise etwa
55 Meter/Minute betrug, lag die verwendete Temperatur zwischen etwa
120°C (248°F) und 180°C (356°F). Bei diesen
Einstellungen kann eine Endproduktdicke von etwa 2,7 mm und ein
Volumenfüllmaß von etwa
30 % erreicht werden.
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Beispiel 3
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Ein
100 gsm Stoff, der aus 93% 13 μm
6 mm Glas und 7% PVA-Vorbindemittel
besteht, wird unter Verwendung eines Nasslegeverfahrens unter Verwendung
einer Langsiebmaschine mit Schrägsieb gebildet.
Dieser Stoff wird zu einem Bandtrockner geführt und getrocknet und ausgehärtet, um
eine vorgebundene Bahn zu bilden. Die Bahn wird anschließend unter
Verwendung einer Leimpressen-Foulard-Auftragsmaschine mit einer Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung, bestehend
aus 30% Styrolacryl (Necarbo SBN2039), und 70% Mikrokügelchen
(Expancel 054WU), in-line imprägniert.
Die Bindemittel/Mikrokügelchen-Mischung
wird mit einem Vakuumsystem gesteuert und der Sollwert wird auf
35 gsm eingestellt. Die imprägnierte
Bahn wird zu einem Druckluftflotationsofen geleitet, um die Bahn
zu trocknen und die Mikrokügelchen
auszudehnen. Abhängig
von der Geschwindigkeit, die üblicherweise etwa
55 Meter/Minute betrug, lag die verwendete Temperatur zwischen etwa
120°C (248°F) und 180°C (356°F). Bei diesen
Einstellungen kann eine Endproduktdicke von etwa 4,1 mm und ein
Volumenfüllmaß von etwa
35 % erreicht werden.