DE69328880T2

DE69328880T2 - Multifilament verstärkter artikel

Info

Publication number: DE69328880T2
Application number: DE69328880T
Authority: DE
Inventors: M. Girgis; B. Rau
Original assignee: PPG Industries Ohio Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2013-11-20
Also published as: EP0725848B1; WO1994012707A1; DE69328880D1; EP0725848A1; EP0725848A4; US6020065A; AU5614794A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es sind im Laufe der Jahre viele Beschichtungen und Behandlungen für Glas und andere Fasern zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen derartiger Fasern entwickelt worden, beispielsweise zur Verwendung mit Polymeren, wobei die beschichteten Fasern dem Polymer einverleibt, von diesem eingekapselt oder umgeben sind. Beschichtungen und chemisch behandelte Faserbündel sind u. a. in den US-Patenten 4,663,231; 4,762,750 und 4,762,751 beschrieben. Eine derartige Verwendung für derartige beschichtete Fasern ist als Verstärkung oder Träger in Anwendungen, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern, wie bei der Verstärkung von faseroptischen Kabeln und Lagertanks für Flüssigkeiten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung stellt einen verstärkenden Multifilament-Gegenstand bereit, der geschlichtete Fasern enthält, wobei diese geschlichteten Fasern mit einem Rückstand mit verringerter Feuchtigkeit einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet und imprägniert sind, welche als polymere Hauptkomponente ein oder mehrere elastomere Polymere enthält und welche zumindest teilweise gehärtet ist, wobei dieser verstärkende Multifilament-Gegenstand dadurch gekennzeichnet ist, daß die geschlichteten, beschichteten und imprägnierten Fasern in einer langgestreckten, im wesentlichen parallelen und formbeständigen Anordnung durch eine Bindemittelzusammensetzung, die ein polymeres filmbildendes Bindemittel enthält, miteinander verbunden sind, wobei die Bindemittelzusammensetzung frei von einem vernetzten Material ist und von der Beschichtungszusammensetzung verschieden ist.
Die verstärkenden Multifilament-Gegenstände werden aus beschichteten Strängen von geschlichteten Fasern hergestellt, welche in Form eines Bandes, Drahtes oder einer anderen leicht handhabbaren Form miteinander verbunden sind, um zu ermöglichen, daß sie leicht und ökonomisch um den zu verstärkenden Gegenstand herum angeordnet werden können, um für eine Zugverstärkung zu sorgen. Die Zugfestigkeit des verstärkten Gegenstandes ist ungefähr die Summe der Zugfestigkeiten der einzelnen Fasern, was für eine große Festigkeit in einem relativ kleinen, bequemen Packen sorgt.
Diese verstärkenden Gegenstände werden vorzugsweise aus Glasfasern hergestellt, die auf die herkömmliche Weise geschlichtet sind und gewöhnlich als biegsame Bündel von Fasern mit einem wäßrigen, zumindest teilweise gehärteten elastomeren Beschichtungsmittel beschichtet und imprägniert sind und dann durch die Verwendung eines chemischen Bindemittels zu der gewünschten Form verbunden werden. Das Bindemittel ist bevorzugt ein elastomeres Polyurethan.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist besonders auf Fasern mit einem hohen Modul und geringer Dehnung anwendbar, d. h. Fasern mit einem Dehnungsmodul von mindestens 48,26 GPa (7 · 10&sup6; psi) und einer Bruchdehnung von höchstens 5 Prozent, so daß, obwohl andere Fasern zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind, Glasfasern die bevorzugtesten sind. Geeignete Glasfasern können aus Formulierungen wie D-Glas, S-Glas oder anderen hergestellt sein, obwohl die am häufigsten verwendete E-Glas ist; typische Formulierungen derartiger Glasfasern sind in The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres, Library of Congress Nummer 72-97429, von K.L. Loewenstein, Elsevier Scientific Publishing, 1973, auf Seite 29 offenbart.
Unmittelbar nach der Bildung werden die Fasern mit einem Schlichtemittel behandelt, das dazu dient, sie vor Zwischenfilamentabrieb und vor Abrieb durch Kontakt mit Führungsstäben und anderen Verarbeitungsvorrichtungen zu schützen. Während die vielen Schlichten, die in der Technik bekannt sind, bei den in dieser Erfindung zu verwendenden Fasern verwendet werden können, werden Nicht-Stärke-Schlichten bevorzugt.
Die verstärkenden Multifilament-Gegenstände der Erfindung werden bereitgestellt, indem man die geschlichteten und dann beschichteten Bündel von Fasern unter Verwendung eines chemischen Bindemittels, um die Fasern in der gewünschten Form zu halten, so verarbeitet, daß sie eine langgestreckte, im wesentlichen formstabile Struktur bilden, wie ein Band, ein Produkt in Form eines Drahtes oder Kabels oder einer andere geeigneten Gestalt. Jedes Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, kann verwendet werden, um derartige Gegenstände zu bilden, beispielsweise die Verarbeitung einer Mehrzahl von beschichteten Glasfasersträngen mit einem Bindemittel zwischen Kalanderwalzen oder in einer geeigneten Düse.
Der Ausdruck "Band", wie hierin verwendet, bedeutet ein vorwiegend nicht-metallisches, relativ schmales Gewebe oder einen vorwiegend nicht-metallischen biegsamen Streifen oder ein vorwiegend nicht-metallisches biegsames Band. Der Ausdruck "Draht", wie hierin verwendet, bedeutet einen vorwiegend nicht-metallischen, relativ gerundeten und biegsamen Faden, schlanken Stab oder ein vorwiegend nicht-metallisches Kabel. Keine der beiden Definitionen erfordert, daß der Gegenstand haftend ist oder darauf beschränkt ist, dies nicht zu sein.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Schlichte und Schlichtemittel" die wäßrige Zusammensetzung, die unmittelbar nach der Bildung auf die Fasern aufgetragen wird.
Der Ausdruck "Beschichtungsmittel" bezeichnet die wäßrige Zusammensetzung, die an zweiter Stelle nach dem Schlichten aufgetragen wird. Der Ausdruck "Bindemittel" bezeichnet die Chemikalie, welche den beschichteten Strängen zugesetzt wird, unmittelbar bevor sie in eine Düse oder Kalandermaschine eingeführt werden, um sie zu Band, Draht oder dergleichen zu fertigen.
Die wäßrige Schlichtezusammensetzung wird gewöhnlich durch Sprühvorrichtungen, Walzen, Gürtel oder dergleichen aufgetragen. Die geschlichteten Glasfasern weisen im allgemeinen zwischen etwa 0,05 und 5 Prozent Schlichtezusammensetzung auf, bezogen auf das Gewicht der Glasfaser. Beispiele für die Schlichtezusammensetzung und die Weise der Auftragung der Schlichte und des Beschichtungsmittels auf die geschlichteten Glasfasern sowie die Typen von verwendeten Fasern können in den US-Patenten 4,663,231; 4,762,750 und 4,762,751 gefunden werden. Ein Beispiel für eine geeignete Nicht-Stärke-Schlichte ist im US-Patent 4,390,647 offenbart.
Die wäßrige Schlichtezusammensetzung umfaßt gewöhnlich ein hydrophiles Reduktionsmittel, wie ein Kupplungsmittel, und ein Schutzmittel, bei dem es sich um ein Glasfaser-Gleitmittel oder einen Glasfaser-Filmbildner handeln kann. Diese wäßrige Schlichte kann zusätzlich zu Wasser Silan-Kupplungsmittel, Gleitmittel, Schaumverhütungsmittel, antistatische Mittel, Emulgatoren, Bakterizide oder irgendeinen bzw. irgendwelche anderen Bestandteil(e) einschließen, von dem bzw. denen in der Technik bekannt ist, daß er bzw. sie für das Schlichten von Fasern geeignet ist bzw. sind, obwohl vorzugsweise keine Stärke.
Die geschlichteten Glasfasern können zu Bündeln zusammengefaßt werden, die eine Mehrzahl von einzelnen Fasern umfassen, im allgemeinen 200 bis mehr als 3000. Die Bündel werden gewöhnlich auf einen Formgebungswickelkörper aufgewickelt, und die Schlichte wird vor der Beschichtung bei Raumtemperatur oder durch Trocknen im Ofen getrocknet.
Die geschlichteten Fasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung werden dann mit einem Rückstand mit verringerter Feuchtigkeit einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet und imprägniert, welche als polymere Hauptkomponente ein oder mehrere elastomere Polymere enthält und welche mindestens teilweise gehärtet ist.
Unter den elastomeren Polymeren, die in der obengenannten Beschichtungszusammensetzung nützlich sind, befinden sich Polyurethane, Silicone, Fluorkautschuke, Polysulfid-Polymere, Polyether, Copolymere von Ethylen mit einem oder mehreren polaren Comonomeren und Acryl-Polymere. Die Zusammensetzungen werden zumindest teilweise härtbar gemacht, und zwar durch Einschluß von funktionellen Gruppen in mindestens eines der vorhandenen elastomeren Polymere, was das Polymer selbstvernetzend macht, wie es der Fall ist, wenn ein Polyurethan oder ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer verwendet wird. Alternativ kann in die Zusammensetzung ein gesondertes Vernetzungsmittel eingeschlossen werden, wie ein Melamin-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehyd-Harz oder ein Epoxyharz. Die Zusammensetzung kann auch fakultative Komponenten einschließen, wie Weichmacher, mikrokristallines Wachs usw.
Beispiele für derartige Beschichtungszusammensetzungen sind in den US-Patenten 4,663,231; 4,762,750 und 4,762,751 und in der WO 94/04731 beschrieben. Diese Beschichtungsmittel sind alle wäßrig, wenn sie aufgetragen werden, d. h. sie weisen Komponenten auf, die in Wasser dispergierbar, löslich oder emulgierbar sind.
Die bevorzugten Zusammensetzungen zur Verwendung in der Erfindung schließen Zusammensetzungen ein, welche umfassen:
(a) Copolymere von Ethylen mit einem oder mehreren polaren Comonomeren, zusammen mit vernetzendem Harzmaterial und einem Dien-haltigen Elastomer in einer Menge, die ausreicht, um eine teilweise Härtung des Beschichtungsmittels zu bewirken. Derartige Zusammensetzungen und spezielle Beispiele für die vorgenannten Komponenten sind im US- Patent 4,663,231 beschrieben.
(b) Beschichtungszusammensetzungen, die ein elastomeres Polymer enthalten, wie ein Ethylen-haltiges Copolymer oder ein Polyurethan, wie es im US-Patent 4,762,750 beschrieben ist. Das Beschichtungsmittel weist weiter ein vernetzendes Material auf, welches selbstvernetzbar oder mit dem Polymer vernetzbar sein kann.
(c) Zusammensetzungen, die im US-Patent 4,762,751 beschrieben sind und ein Polyurethan und ein vernetzendes Nicht-Schwefel-Vulkanisationsmaterial umfassen. Das Polyurethan kann innerlich erweicht, innerlich weichgemacht oder nicht weichgemacht und nicht erweicht sein. Wenn das Polyurethan nicht erweicht oder nicht weichgemacht ist, wird ein Erweichungsmittel verwendet.
(d) Zusammensetzungen, die wäßrige Beschichtungszusammensetzungen sind und ein selbstvernetzendes Acryl-Polymer und ein vernetzbares Ethylen-Acrylsäure-Copolymer enthalten, welche vor der Verdünnung mit Wasser in Bereichen zwischen etwa 30 und 90 Gew.-% bzw. etwa 5 und 30 Gew.-% vorhanden sind. Die Menge an Wasser in der Zusammensetzung ist eine Menge, um die Zusammensetzung vor dem Trocknen mit zwischen 10 und 50 Prozent Feststoffen zu versorgen. Das Beschichtungsmittel kann auch ein elastomeres, härtbares Polymer, wie ein Polyurethan, einschließen. Das Beschichtungsmittel kann auch ein mikrokristallines Wachs, das oxidiert sein kann, und/oder einen wasserlöslichen Farbstoff in einer Menge einschließen, die ausreicht, um dem Rückstand auf den Fasern Farbe zu verleihen.
Die vorherrschende Komponente neben Wasser ist die Acryl-Polymeremulsion von Acryl-Homopolymeren und -copolymeren, einschließlich Copolymeren mit Acrylamid und Methylolacrylamid. Die Acryl-Emulsion ist vorzugsweise von selbstvernetzendem Typ und vorzugsweise anionisch oder nicht-ionisch. Obwohl die Acryl-Emulsion selbstvernetzend ist, kann, wenn eine schnellere Vernetzungsgeschwindigkeit erwünscht ist oder weniger als optimale Bedingungen vorliegen, ein Katalysator zugesetzt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die reaktiven Acryl-Monomere schließen Acrylamid und Methylolacrylamid ein, die bei der Zugabe von Wärme vernetzen, um das Acryl-Polymer und Wasser zu liefern. Das Acryl ist durch die Temperatur charakterisiert, bei welcher der Torsionsmodul eines an Luft getrockneten Filmes 300 kg/cm² beträgt, als T300 bezeichnet, und der ein relatives Maß für die Steifigkeit ist. Ein T300 von etwa 22ºC wird als weich angesehen, während höhere Zahlen steifere Acryle anzeigen. Die Acryle, die bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet werden können, weisen einen T300 auf, das im Bereich von etwa -50 bis etwa +35 liegen kann. Die Verwendung eines Acryls mit niedrigem T300 hat ein relativ weniger steifes Produkt zur Folge, das auch etwas klebrig sein kann. Die Zugabe eines Polyurethans kann diese Klebrigkeit verringern, verringert jedoch auch die Steifigkeit.
Beispiele für selbstvernetzende Acryl-Emulsionen sind die Familie der Rhoplex®- Emulsionen, die im Handel von der Rohm & Haas Company erhältlich sind. Ein spezielles Beispiel ist Rhoplex® TR-407, welches anionisch ist und einen T300 von +30 aufweist, im Aussehen milchig-weiß ist und 45,5 Prozent Feststoffe, eine Brookfield-LVF-Viskosität bei 25ºC von 30 eP (#1 Spindle, 60 U/min), einen pH von 3,5 und eine Dichte von 1,07 g/cm³ (8,9 lb/gal) aufweist. Ein weiteres Beispiel ist Rhoplex® HA-8, welches nicht-ionisch ist, einen T300 von -14 aufweist, im Aussehen milchig-weiß ist, 45,5 Prozent Feststoffe, eine Brookfield-LVF-Viskosität von 550 cP (#3 Spindle, 60 U/min), einen pH von 3,0 und eine Dichte von 1,04 g/cm³ (8,7 lb/gal) aufweist.
Unter den bevorzugten Ethylen-Acrylsäure-(EAA)-Copolymeren, die in den Zusammensetzungen verwendet werden, befinden sich Copolymere, die ein Molekulargewicht von etwa 5000 bis 10000, eine Härte (Shore D) von etwa 42 bis 48, einen Vicat-Erweichungspunkt von etwa 104 bis 115, einen Schmelzindex von etwa 30 bis 1300 g/10 min und eine Dichte von etwa 0,96 g/cm³ bei 25ºC aufweisen. Spezielle Beispiele für derartige Copolymer-Dispersionen sind Michem® Prime 4990 oder Michem® Prime 4983HS, erhältlich von Michelman Inc. von Cincinnati, Ohio, die von weißer Farbe sind und einen Gesamt-Feststoffgehalt von etwa 20 bis 38 Prozent, eine Brookfield-Viskosität von etwa 100 bis 600 und eine Oberflächenspannung von etwa 4,4·10&supmin;² - 4,9·10&supmin;² N/m (44 bis 49 dyn/cm) und ein Gewicht von etwa 0,985 g/cm³ (8,22 lbs/gal) aufweisen. Das dispergierbare Polymer in den zwei Michem® Prime Formulierungen ist Primacor® 5990 bzw. 5980.
(e) Wäßrige Zusammensetzungen, die mindestens ein Polyurethan und mindestens 15 Gew.-% auf nicht-wäßriger Basis eines oder mehrerer Weichmacher mit hohem Siedepunkt enthalten, wie in der WO 84/04731 beschrieben. Die Polyurethan-Komponente ist ein elastomeres härtbares Polyurethan- oder Polyurethan-Harnstoff-Polymer. Diese Materialien weisen im allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von etwa 0ºC oder weniger auf. Geeignete Polyurethan-Polymere sind in den US-Patenten 4,143,091; 4,208,494; 4,208,495; 4,066,591 und 4,762,751 beschrieben. Das bevorzugte Polyurethan ist dasjenige, das als Witcobond® W-290H verkauft wird, das von milchig-weißem Aussehen ist, von aliphatischer Art ist, mit einem Feststoffgehalt von 65 Prozent und einer Teilchengröße von etwa 5 Mikrometern, einem pH bei 2500 (77ºF) von 7,5, einer Viskosität, wie durch Brookfield-LVF gemessen, von 200 cP und einer Oberflächenspannung von 4,2·10² N/m (42 dyn/cm). Die Filmeigenschaften des 290H-Materials sind, wenn es mit 6,5 Teilen Epoxyharz-Dispersion, wie Witcobond® XW, auf 100 Teile Urethan-Latex gehärtet ist: 31,03 MPa (4500 psi) Zugfestigkeit, 720 Prozent Dehnung und Module von 1,72 MPa (250 psi) bei 100%, 3,72 MPa (540 psi) bei 300% und 10,69 MPa (1550 psi) bei 500%. Die Menge an Polyurethan kann im Bereich von etwa 45 bis etwa 80 Gew.-% des nicht-wäßrigen Teils der imprägnierenden Beschichtungszusammensetzung liegen.
In diesen wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen ist auch ein Weichmacher anwesend, der einen ausreichend hohen Siedepunkt aufweist, so daß er bei der Imprägnierung der Faserbündel nicht flüchtig wird, z. B. Weichmacher mit Siedepunkten oberhalb von 225ºC (437ºF) bei einem Druck von 1,33·10³ Pa (10 Millimeter Quecksilber (mmHg)). Beispiele für derartige Weichmacher sind Santicizer® 160, hergestellt von Monsanto Corporation, bei dem es sich um eine klare ölige Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 240ºC (464ºF) bei 1,33·10³ Pa (10 mmHg) mit einem spezifischen Gewicht von 1,12 handelt, Diisononylphthalat (DINP) (verkauft als PX-109 von Aristech Chemical Corporation) und die gemischten Hexyl-, Octyl- und Decylester von 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, verkauft als PX-336 von Aristech Chemical Corp.
Die wäßrigen Beschichtungszusammensetzungen, die verwendet werden, um die Fasern zu beschichten und zu imprägnieren, können hergestellt werden, indem man die Komponenten mit irgendwelchen Emulgatoren oder anderen Additiven, wie Flammschutzmitteln, Farbstoff oder Wachs, zu der geeigneten Wassermenge gibt. Das Bündel von Fasern oder der Strang wird beispielsweise durch Eintauchen in ein Bad oder durch andere herkömmliche Verfahren, wie diejenigen, die im US-Patent 4,663,231 beschrieben sind, beschichtet. Der beschichtete Strang kann teilweise an Luft bei Raumtemperatur oder alternativ in einem Trockenschrank oder Ofen zur Beschleunigung des Härtungsverfahrens getrocknet werden. Vorzugsweise wird das Trocknen bei einer Temperatur im Bereich von 400ºF bis 600ºF (204ºC bis 315ºC) über eine Zeitspanne von etwa 10 bis etwa 60 Sekunden oder irgendeiner äquivalenten Zeit/Temperatur-Beziehung durchgeführt, um einen ähnlichen Grad an Feuchtigkeitsverringerung und Härtung zu erzielen. Der Strang kann unmittelbar vor dem Eintreten in das Zweitbehandlungs-Zusammensetzungsbad "geöffnet" werden, indem man ihn über eine Schiene oder eine andere Ausbreitungsvorrichtung leitet, die so wirkt, daß die einzelnen Fasern voneinander getrennt werden. Diese Ausbreitung der Fasern voneinander hat eine gründlichere Imprägnierung des Stranges mit dem Beschichtungsmittel zur Folge. Die Menge der Beschichtung auf dem Strang ist als die Tauchaufnahme oder DPU [dip pick-up] definiert, welche das Gewicht des beschichteten Stranges minus das Gewicht des unbeschichteten Stranges, dann dividiert durch das Gewicht des unbeschichteten Stranges, ist. Die Multiplikation der resultierenden Zahl mit 100 hat %DPU zum Ergebnis. Die DPU der beschichteten Bündel oder Stränge liegt in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 20% bei einem einzigen Durchtritt durch das Beschichtungsbad und den Trocknungsschritt. Die Stränge können letztendlich eine größere Beschichtungsmenge als 20% aufweisen, indem man sie mehrere Male durch das Bad leitet.
Das Bindemittel, das die beschichteten Glasfaserstränge als verstärkenden Gegenstand, wie ein Band oder einen Draht, zusammenhält, ist ein Epoxyharz, Polyester, Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, Acryl-Polymer, Polyurethan, Polyolefin, Poly(vinylalkohol), Poly(vinylchlorid), Poly(vinylacetat), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder irgendein anderes filmbildendes Material, das in der Technik bekannt ist und mit den Bestandteilen des speziellen verwendeten Beschichtungsmittels kompatibel ist. Das Bindemittel kann wäßrig sein, aber es ist nicht erforderlich, daß es so ist. Die Wahl des Bindemittels wird gewöhnlich durch die Zusammensetzung des Beschichtungsmittels diktiert, d. h. das Bindemittel muß mit dem Beschichtungsmittel kompatibel sein. Wenn beispielsweise ein Strang zu verwenden ist, der vorwiegend mit Polyurethan beschichtet ist, ist das Bindemittel vorzugsweise ein Polyurethan, und in den meisten Fällen kann das gleiche oder ein ähnliches Polyurethan verwendet werden.
Die verschiedenen oben beschriebenen Polyurethane können verwendet werden, und das bevorzugte Polyurethan zur Verwendung als Bindemittel ist dasjenige, das als Witcobond® W-290H, ebenfalls oben beschrieben, verkauft wird. Unter den anderen polymeren filmbildenden Bindemittelmaterialien zur Verwendung bei der Herstellung der verstärkenden Gegenstände befinden sich Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, die im US-Patent 4,663,231 beschrieben sind. Ein geeignetes Ethylen-Vinylacetat-Copolymer ist dasjenige, das im Handel von Air Products and Chemicals, Inc. in Emulsionsform unter der Handelsbezeichnung Airflex® 410 Vinylacetat/Ethylen-Copolymeremulsion erhältlich ist. Ethylen-Acrylsäure-Copolymere und andere Acryl-Polymere sind ebenfalls oben beschrieben worden und können als das chemische Bindemittel verwendet werden.
Die beschichteten Fasern können durch irgendein dem Fachmann bekanntes Verfahren, wie dasjenige, das im US-Patent 3,755,061 gezeigt ist, zu einem Band geformt werden. Ein Verfahren besteht beispielsweise darin, eine Mehrzahl von geschlichteten, beschichteten Glasfasersträngen zwischen Kalandenrwalzen unter Zugabe des Bindemittels zu vereinigen. Dies kann beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 350ºF bis 600ºF (177ºC bis 315ºC) vorgenommen werden. Die Zeit, in der das Bindemittel und die Stränge zwischen den Walzen sind, ist kurz. Was erforderlich ist, ist eine solche Kontaktzeit bei der Temperatur, daß das Bindemittel zu einem gewissen Ausmaß in Kontakt mit den Strängen aushärtet. Die Stränge und das Bindemittel können weiter durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden, falls erwünscht.
Die beschichteten Fasern können auf ähnliche Weise in die Form eines Drahtes gebracht werden, aber anstelle der Kalanderwalzen werden die Stränge durch eine Düse mit dem gewünschten Durchmesser zusammen gebracht, wo sie mit dem Bindemittel beschichtet werden. Die Stränge werden dann bei der obigen Temperatur durch einen Ofen und dann noch in der Hitze durch noch eine weitere Düse geleitet. Die Drahtstruktur ist beträchtlich steifer als die Bandstruktur.
Andere Strukturen können verwendet werden, so lange sie ausreichend formbeständig sind, um gebundene Fasern in einer im wesentlichen parallelen Anordnung bereitzustellen und eine leichte Handhabung, verglichen mit biegbaren Bündeln aus Filamenten, zu gestatten.
Das Band, der Draht oder ein anderer geformter Gegenstand, das bzw. der gemäß der Erfindung hergestellt ist, kann verwendet werden, um Erzeugnisse zu verstärken, indem man es bzw. ihn auf das Erzeugnis aufbringt. Beispielsweise kann eine Bandstruktur um ein faseroptisches Kabel herum angeordnet werden, entweder indem man sie mit dem Saum an einer Seite um das Kabel herum biegt oder indem man sie in einer Spiral- oder Helixstruktur um das Kabel herum biegt. Die Drahtstruktur kann um die Außenseite von zu verstärkenden Gegenständen, beispielsweise Aufbewahrungstanks für Flüssigkeiten, herum gewunden werden. Die Draht-, Band- oder andere Struktur macht die Fasern leicht zu handhaben und gestattet eine rasche Anwendung auf das zu verstärkende Erzeugnis.
Das Folgende ist ein Beispiel für die Durchführung dieser Erfindung: Glasfasern wurden erzeugt und mit einer wäßrigen Schlichte geschlichtet, in welcher der nicht-flüchtige Teil 48 Gewichtsteile eines Polyoxyalkylenpolyols, erhältlich unter der Handelsbezeichnung Pluracol® V-10, 9,1 Gewichtsteile eines Silan-Kupplungsmittels, erhältlich unter der Handelsbezeichnung A-1108 von Union Carbide Corporation, und 4,5 Gewichtsteile eines Polyamin-Gleitmittels, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung Emery® 6717, das mit Essigsäure behandelt worden war, enthielt. Eine alternative Schlichte ist im US-Patent Nr. 4,762,751 in Spalte 16, Zeilen 19-48 gezeigt.
Die geschlichteten Fasern wurden in ein wäßriges Beschichtungsbad getaucht und getrocknet, um sie zu beschichten. Das Beschichtungsbad enthielt Polyurethan-Polymer (Witco W-290H), Butylbenzylphthalat (Sanitizer 160), Polyoxyethylensorbitanmonolaurät (Tween 21), eine wäßrige Dispersion von Polyurethan-Polymer (Baybond XW 110), eine wäßrige Epoxy- Dispersion (Witco XW), dessen Zusammensetzung und Herstellung im US-Patent 4,762,751 in Spalte 16, Zeile 60 bis Spalte 17, Zeile 8 beschrieben sind, außer daß etwa 138 Gramm eines mikrokristallinen Wachses (Polymekon SPPW-40 mikrokristallines Wachs, welches eine Kohlenwasserstoff-Wasserdispersion mit 40 Prozent Feststoffen ist) zugesetzt wurden.
Die imprägnierten beschichteten Faserbündel wurden durch einen Ofen geleitet, um den Feuchtigkeitsgehalt zu verringern und die imprägnierende Beschichtung zu härten. Die Temperatur des Ofens lag im Bereich von etwa 490ºF (254ºC) bis 530ºF (277ºC), und die Durchlaufgeschwindigkeit durch den Ofen betrug etwa 200 bis 250 Fuß pro Minute (60 bis 76 Meter/min).
Die beschichteten Fasern wurden zu einer Bandstruktur gefertigt, indem man die beschichteten, getrockneten Faserstränge in ein Bad aus Witcobond® 290-H-Polyurethan- Bindemittel in einer einfachen Tauchanordnung einführte. Die Stränge wurden in dem Bad voneinander getrennt, um für eine vollständigere Imprägnierung zu sorgen. Die Stränge wurden zusammengefaßt, um ein 0,75 inch (19 mm) breites Band zu bilden. Die mit Bindemittel bedeckten Stränge wurden als nächstes in eine thermische Kalandermaschine eingeführt, die bei einer Temperatur von etwa 480ºF (249ºC) gehalten wurde. Die geheizte Kontakttrommel trocknete und härtete das Bindemittel, um ein fertiggestelltes Band zu bilden, was bei einer Geschwindigkeit von etwa 5,49 m/min (18 Fuß pro Minute) erzeugt wurde. Das Band wurde sauber von dem bzw. der mit Teflon® beschichteten Kalander-Fördergurt und -Trommel freigegeben und erforderte keine Verwendung eines Trennpapiers. Das Band wurde an Luft getrocknet und auf Spulen aufgewunden. Das Endprodukt war 0,75 Inch (19 mm) breit auf 0,02 Inch (0,5 mm) dick, obwohl natürlich Band mit anderen Abmessungen erzeugt werden kann. Das Band zeigte eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und wurde leicht als Verstärkung an optischen Kabeln angebracht.
Ein alternatives Mittel zur Erzeugung von Band besteht darin, daß man eine im Handel erhältliche Schlicht-(Beschichtungs-)-Maschine, wie das Callaway Slasher Model 51, hergestellt von der West Point Foundry and Machine Company von West Point, Georgia, verwendet. Diese Maschine kann die Stränge beschichten und ausrichten, bevor sie um vier geheizte Trommeln mit einem Durchmesser von 18 Inch (45,7 cm) aufgewickelt werden, wobei sich eine Kontaktzeit zwischen dem Band und der Trommel von etwa 15 Sekunden pro Trommel ergibt. Die ersten zwei Trommeln sind mit Teflon® beschichtet, und die zweiten zwei sind aus rostfreiem Stahl. Das Band bewegt sich nacheinander auf solche Weise um etwa ³/&sub4; des Weges um jede Trommel herum, daß beide Seiten des Bandes mit einer Trommel in Kontakt treten, und es wird dann auf eine Spule aufgewickelt.

Claims

1. Verstärkender Multifilamentgegenstand, der geschlichtete Fasern enthält, wobei diese geschlichteten Fasern mit einem feuchtigkeitsreduzierten Rest einer wäßrigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet und imprägniert sind, die als polymere Hauptkomponente ein oder mehrere elastomere Polymere enthält und die wenigstens teilweise gehärtet ist, wobei dieser verstärkende Multifilamentgegenstand dadurch gekennzeichnet ist, daß diese geschlichteten beschichteten und imprägnierten Fasern in einer langgestreckten im wesentlichen parallelen und formstabilen Anordnung durch eine Binderzusammensetzung miteinander verbunden sind, die ein polymeres filmbildendes Bindemittel enthält, wobei diese Binderzusammensetzung frei von vernetzendem Material ist und sich von dieser Beschichtungszusammensetzung unterscheidet.

2. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach Anspruch 1, wobei die Fasern Glasfasern sind.

3. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach Anspruch 2, wobei die Glasfasern in Bündeln vorhanden sind und jedes Bündel eine Vielzahl individueller Fasern enthält.

4. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der als Band konfiguriert ist.

5. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der als Draht konfiguriert ist.

6. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Interpolymer aus Ethylen mit einem oder mehreren polaren Comonomeren enthält.

7. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtungszusammensetzung Polyurethan enthält.

8. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein selbstvernetzendes Acrylpolymer enthält.

9. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Ethylen/Acryl- Copolymer enthält.

10. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Binderzusammensetzung ein wäßriges Bindemittel ist.

11. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das polymere filmbildende Bindemittel ein Polyurethan ist.

12. Verstärkender Multifilamentgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das polymere filmbildende Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Polyester, Ethylen/Acrylsäure- Copolymer. Acrylpolymer, Polyolefin, Poly(vinylalkohol), Poly(vinylchlorid), Poly(vinylacetat), Ethylen/Vinylacetat- Copolymer und Mischungen davon.