DE69717425T2

DE69717425T2 - Nicht gewebte fasermatte entsprechendes herstellverfahren

Info

Publication number: DE69717425T2
Application number: DE69717425T
Authority: DE
Inventors: S. Helwig; A. Householder; W. Miller
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2017-03-20
Also published as: JP2000507312A; US5972166A; DE69717425D1; CN1214089A; CA2247638A1; CN1061112C; EP0889979A1; EP0889979A4; WO1997035056A1; NZ331917A; AU2336297A; ATE228586T1; BR9708101A; EP0889979B1; US5935879A; KR20000064720A; AU702619B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fasermatten, die zum Verstärken von elastischen Bodenbelagbahnen verwendet werden, und insbesondere eine nichtgewebte Fasermatte, die einer elastischen Bodenbelagbahn ein gewisses Maß einer ebenen Stauchungsbewegung ermöglicht, und noch spezieller eine solche zusammendrückbare Matte für die Verwendung als Verstärkungs-Zwischenschicht in einem Vinyl-Bodenbelag.
Beim Bau von Wohnungen werden oft elastische Bodenbeläge verwendet, etwa Vinyl-Bodenbeläge. Ein Vinyl-Bodenbelag, wie er in Europa verwendet wird, besteht in der Regel aus einer Anzahl von Schichten, einschließlich einer Verschleißschicht, einer Druck/Schaumschicht, einer Glasfasermattenschicht und einer Trägerschicht. Die Verschleißschicht besteht in der Regel aus Polyurethan und ergibt die harte, abriebfeste Oberfläche, die für eine gute Haltbarkeit erforderlich ist. Die Druck/Schaumschicht trägt den dekorativen Druck und wird chemisch aufgeschäumt und geprägt. Die Glasfaserschicht ist in der Regel eine Matte im Bereich von 35 g/m² bis 60 g/m², die mit einem geeigneten Bindemittel hergestellt wird. Die Trägerschicht ist eine Vinylschicht, die in der Regel die gleiche Masse wie die Druck/Schaumschicht hat. Die Trägerschicht kann fest oder geschäumt sein und die Glasfasermatte vollständig umgeben.
Im Gegensatz zu den Bodenbelägen, die mit Filz- oder Papierrücken hergestellt werden, stellt die Glasfasermatte ein dimensionsstabiles Substrat für Beschichtungs- und Druckoperationen bei der Herstellung des Bodenbelags dar. Vinyl-Bodenbeläge mit Filzrücken werden meist auf den Boden aufgeklebt. Die Verwendung einer verstärkenden Glasfasermatte als Zwischenschicht ergibt einen Bodenbelag, der sich nicht aufwirft, wodurch der Bodenbelag auch lose verlegt werden kann. Außerdem ist der Zwischenschichtaufbau sehr flexibel, wodurch leicht das Selbstverlegen möglich ist.
Vinyl-Bodenbeläge mit einer solchen Zwischenschicht aus einer Glasfasermatte werden in Europa oft verwendet. Die Verwendung einer Matte nur aus Glasfasern als Verstärkungsschicht in Vinyl-Bodenbelägen wurde jedoch in den USA aufgrund von Unterschieden in den Techniken für den Gebäudebau nicht allgemein akzeptiert. In Europa herrschen Beton-Unterböden vor, während in den Vereinigten Staaten mehr Holz-Unterbodensysteme die Regel sind. Die relative Dimensionsstabilität eines glasfaserverstärkten Vinyl-Bodenbelags ist von Vorteil, wenn er auf Beton aufgebracht wird, sie kann jedoch zu Problemen führen, wenn er auf einem Holz-Unterboden aufgebracht wird. Holz-Unterböden zeigen in Reaktion auf Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen relativ große Dimensionsänderungen. Im Winter neigen Holz-Unterböden zum Austrocknen, wobei das Holz um bis zu 0,5% schrumpft. Wenn der Bodenbelag nicht in der Lage ist, sich entsprechend dieser Dimensionsänderung im Unterboden zusammendrücken zu lassen (d.h zu schrumpfen), kann der Bodenbelag Buckel werfen.
Die bisher zur Verstärkung von Vinyl-Bodenbelägen verwendeten Glasfasermatten sind in der Regel sehr steif und setzen einer ebenen Stauchungsbewegung einen hohen Widerstand entgegen. Eine typische Verstärkungsmatte zur Verwendung als Zwischenschicht in Vinyl-Bodenbelägen besteht aus textilen Glasfasern mit einem Durchmesser im Bereich von 9 bis 11 um und einer Länge von 6 mm. Diese Fasern werden in der Regel durch ein starres Polymer-Bindemittel zusammengehalten, etwa Ureaformaldehydharz oder Polyvinylalkohol. Die hohe Kompressionsteifigkeit dieser Glasfaser-Verstärkungsmatten verändert sich bei der Herstellung des Bodenbelags im wesentlichen nicht.
Das US-Patent Nr. 4 849 281 beschreibt eine mögliche Lösung für das Problem der hohen Kompressionssteifigkeit von solchen Glasfaser-Verstärkungsmatten. Die in diesem Patent beschriebene Glasfasermatte ist eine Mischung aus vor allem Glaswollfasern mit textilen Glasfasern. Diese Glasfasern werden mit einem vernetzten Styrol-Budadien- Elastomerbindemittel verbunden, der durch die Weichmacher in der Vinylbeschichtung weich gemacht wird. Die Kombination von meist kurzen, nichtbindigen Glaswollfasern mit dem gummiartigen Bindemittel ermöglicht in dem entsprechenden Bodenbelag eine ziemliches Ausmaß an Stauchungsbewegung. Diese Kompressibilität verringert wiederum die Gefahr des Aufwerfens, wenn der Bodenbelag über einem Holz-Unterboden aufgebracht ist.
Aber auch obwohl die im US-Patent Nr. 4 849 281 beschriebene Glasfasermatte eine mögliche Lösung für das Problem der hohen Kompressionssteifigkeit darstellt, besteht nach wie vor ein Bedürfnis nach kommerziell besser akzeptierten Fasermatten, die in der Lage sind, elastische Bodenbelagbahnen mit sogar noch besserer planarer Kompressibilität zu ergeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine nichtgewebte naßverteilte Grundmatte geschaffen mit
einer Anzahl von zu einer Lage zusammengefügten Verstärkungsfasern, die halb gewundene Fasern umfassen; und mit
mindestens einem Bindemittel, das die Verstärkungsfasern mindestens teilweise zu einer Lage verbindet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine nichtgewebte Fasermatte geschaffen, die zur Verstärkung elastischer Bodenbelagbahnen geeignet ist, wobei die Fasermatte eine Anzahl von zu einer Lage ausgebildeten Verstärkungsfasern, die mindestens halb gewundene Fasern umfassen; und mindestens ein Polymer-Bindemittel umfaßt, das die Verstärkungsfasern zur Bildung der Fasermatte verbindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer nichtgewebten Fasermatte geschaffen, die zur Verstärkung elastischer Bodenbelagbahnen geeignet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Trennen einer Anzahl von unregelmäßig geformten Fasern in zufällig geformte Fasern unregelmäßiger Länge einschließlich halb gewundener Fasern;
Herstellen einer Aufschlämmung aus Verstärkungsfasern, die zumindest die zufällig geformten Fasern einschließlich der halb gewundenen Fasern umfaßt;
Formen der Aufschlämmung zu einer nichtgewebten, naßverteilten Matte aus Verstärkungsfasern;
Aufbringen mindestens eines Bindemittels auf die Verstärkungsfasern; Trocknen der naßverteilten Matte; und
Härten des Bindemittels.
In einer Stufe der Herstellung kann die Fasermatte das nichtgewebte, naßverteilte Grundgewebe oder die entsprechende Matte sein. Diese Grundmatte kann eine Anzahl von Verstärkungsfasern enthalten, die zu einer Lage zusammengefaßt sind. Es ist wünschenswert, daß die meisten, wenn nicht alle, der Verstärkungsfasern aus Glas sind. Es kann auch wünschenswert sein, wenn die Verstärkungsfasern Glasfasern und synthetische Fasern umfassen. Die Bezeichnung Glas, wie sie hier verwendet wird, soll neben den herkömmlichen Gläsern alle glasartigen Minerale umfassen, wie Gesteins-, Schlacke- und Basaltmaterialien. Die Bezeichnung synthetische Fasern, wie sie hier verwendet wird, soll alle künstlichen Fasern mit geeigneten Verstärkungseigenschaften einschließlich der Fasern aus geeigneten Polymeren, wie zum Beispiel Polyester, Polyolefine, Nylon, Aramide, Polyphenylensulfid und geeignete nichtglasige Keramiken wie zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC) und Bornitrid umfassen.
Zum Verbinden der Verstärkungsfasern miteinander in der Form einer Lage können ein oder mehrere Bindemittel verwendet werden, so daß die Grundmatte zumindest in der Folge in der Herstellungslinie weiterverwendet werden kann oder zu einer Rolle gewickelt werden kann, die nachher Off-Linie zu der vorliegenden nichtgewebten Fasermatte verarbeitet wird. Die Bindemittel, die bei der Grundmatte verwendet werden können, umfassen die Polymer-Bindemittel vom thermoplastischen Typ. Diese Bindemittel können eine Teilchenform (z. B. Polyvinylalkoholpulver) oder eine Faserform (z. B. aus einem Vinylchlorid-Copolymer oder einem Copolyester) haben oder eine Kombination aus beidem sein. Diese Bindemittel werden zum Verbinden der Verstärkungsfasern zumindest teilweise aufgeschmolzen.
Die vorliegende Erfindung beruht zumindest zum Teil auf der Entdeckung, daß durch die Verwendung einer nichtgewebten Fasermatte, die halb gewundene Fasern enthält, d. h. Verstärkungsfasern, die nicht vollständig gerade sind und die sich ineinander verhaken können, in einer elastischen Bodenbelagbahn eine verbesserte planare Kompressibilität erhalten werden kann. In der Vergangenheit wurden nur relativ gerade Fasern verwendet. Es wurden auch zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, wenn Verstärkungsfasern verwendet wurden, die sowohl gekrümmte Fasern als auch halb gewundene oder schleifenförmige Fasern enthalten. Es wird angenommen, daß zumindest eine gewisse Verbesserung gegenüber den bekannten Fasermatten dadurch erhalten wird, daß zumindest halb gewundene Fasern für alle oder einen wesentlichen Teil der Verstärkungsfasern verwendet werden. Die Verstärkungsfasern, die gekrümmt oder anderweitig halb gewunden sind (d. h. gekrümmte Abschnitte besitzen), scheinen wie eine Ansammlung von kleinen Federn zu wirken. Wenn sie in einem elastischen Bodenbelag eingesetzt wird, widersteht die Fasermatte mit diesen federartigen Fasern einer ebenen Dehnung und ermöglicht doch ein größeres Ausmaß an ebener Stauchungsbewegung als die bekannten Fasermatten.
In der Endstufe der Herstellung kann die nichtgewebte Fasermatte die Form einer Lage von Verstärkungsfasern haben, die zumindest die halb gewundenen Fasern enthält. Zum Verbinden der Verstärkungsfasern untereinander, damit die Fasermatte ein geeignetes Substrat zum Verstärken von elastischen Bodenbelägen darstellt, etwa eine Zwischenschicht für Vinyl-Bodenbeläge, wird zumindest ein Polymer-Bindemittel verwendet. Vorteilhaft umfassen die Verstärkungsfasern der Fasermatte gewundene Fasern, wobei jede der gewundenen Fasern eine Windung mit mindestens einem vollständigen Windungsumlauf aufweist. Es ist auch vorteilhaft, wenn die halb gewundenen und die gewundenen Fasern in der Lage zufällig oder unregelmäßig verteilt sind.
Es wurden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, wenn Verstärkungsfasern verwendet werden, die durch Schneiden oder Kürzen von unregelmäßig geformten Glasfasern in kurze, diskrete Längen zum Erzeugen von gewundenen, halb gewundenen und auch einigen relativ geraden oder leicht gekrümmten Fasern erhalten werden, etwa solche, wie sie im US-Patent Nr. 5 431 992 beschrieben sind. Es wird angenommen, daß unregelmäßig oder zufällig geformte Fasern aus nicht glasartigen Materialien, die geeignete Verstärkungseigenschaften haben, auch zum Ausbilden von annehmbaren Verstärkungsfasern verwendet werden können. Geeignete nicht glasartige Materialien können synthetische Materialien umfassen, etwa Polymere vom thermoplastischen Hochtemperaturtyp oder vom thermisch aushärtenden Typ, sowie nicht glasartige keramische Materialien. Es wird auch angenommen, daß diese nicht glasartigen, unregelmäßig geformten Fasern anstelle von oder zusätzlich zu den unregelmäßig geformten Glasfasern verwendet werden können. Andere Fasern, die als Verstärkungsfasern verwendet werden können, die aus solchen unregelmäßig geformten Fasern bestehen, umfassen relativ gerade synthetische Fasern, textile Glasfasern und Glaswollfasern.
Das Polymer-Bindemittel kann ein Vorbindemittel umfassen, das die Verstärkungsfasern zumindest so verbindet, daß die Lage in der Folge zu einer Fasermatte verarbeitet werden kann. Das Polymer-Bindemittel kann auch ein Sekundärbindemittel umfassen, um die Verstärkungsfaser so miteinander zu verbinden, daß die Fasermatte entsteht, die einer ebenen Dehnung einen erheblichen Widerstand entgegensetzt und die doch in einem erheblichen Ausmaß eine ebene Stauchungsbewegung erlaubt. Alternativ kann das Polymer-Bindemittel ein Einfach-Bindemittel sein, das für die Verbindung der Verstärkungsfasern untereinander geeignet ist.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Fasermatte geschaffen. Nach dem Verfahren wird jede einer Anzahl von unregelmäßig geformten Fasern in zufällig geformte Fasern, einschließlich halb gewundenen Fasern, mit unregelmäßiger Länge geschnitten oder gekürzt, zum Beispiel mit einer Länge im Bereich von etwa 0,5 Zoll (12,7 mm) bis etwa 2,0 Zoll (50,8 mm). Einige dieser zufällig geformten Fasern sind gewunden, mit einer oder mehreren Windungen, während andere nur halb gewunden oder auch relativ gerade (d. h. leicht gekrümmt) sind. Die Verstärkungsfasern werden in die Form einer Aufschlämmung gebracht, die zumindest die zufällig geformten Fasern umfaßt. Die Aufschlämmung wird durch Entwässern oder anderweitig in die Form einer nichtgewebten, naßverteilten Grundmatte aus den Verstärkungsfasern gebracht. An einigen Stellen im Prozeß wird auf die Verstärkungsfasern zumindest ein Bindemittel vom thermisch aushärtenden Typ oder vom thermoplastischen Typ aufgebracht. Die naßverteilte Grundmatte wird getrocknet und das Bindemittel wird ausgehärtet, entweder dadurch, daß ein Bindemittel vom thermisch aushärtenden Typ vernetzt wird oder ein Bindemittel vom thermoplastischen Typ verfestigt wird, um die nichtgewebte Fasermatte auszubilden. Die Trocken- und Aushärteschritte können gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten ausgeführt werden.
Um die unregelmäßige Form der Fasern zu erhalten, kann das Verfahren auch den Schritt des Ausbildens der Anzahl von unregelmäßig geformten Fasern aus wenigstens zwei verschiedenen Gläsern mit unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten umfassen, etwa nach der Lehre des US-Patents Nr. 5 431 992. Zusätzlich zu dem Schritt des Ausbildens der Anzahl von unregelmäßig geformten Fasern aus wenigstens zwei verschiedenen Gläsern kann das Verfahren das Schneiden oder anderweitige Trennen jeder einer Anzahl von Verstärkungsfasern unterschiedlichen Typs in eine Anzahl von gekürzten Fasern umfassen. Diese Verstärkungsfasern von einem anderen Typ können synthetische Fasern, textile Glasfasern und Glaswollfasern umfassen. Vorteilhaft werden Kombinationen dieser Verstärkungsfasern als Teil der Aufschlämmung zugemischt.
Bei einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens kann der Schritt des Aufbringens eines Bindemittels auf die Verstärkungsfasern das Vorsehen zumindest eines thermoplastischen Vorbindemittels in der Aufschlämmung umfassen, wobei das Bindemittel vom thermoplastischen Typ in der Partikelform, der Faserform oder beidem ist. Das Bindemittel vom thermoplastischen Typ kann zum Beispiel beim Schritt des Trocknens der naßverteilten Matte aufgeheizt werden, damit das thermoplastische Bindemitte wenigstens teilweise mit den Verstärkungsfasern verschmilzt. Falls erforderlich, kann auf die Verstärkungsfasern ein Sekundärbindemittel vom thermoplastischen und/oder thermisch aushärtenden Typ aufgebracht werden, entweder vor oder nach dem anfänglichen Trocknen der naßverteilten Matte. Der Schritt des Trocknens der naßverteilten Matte kann das Trocknen der Matte nach dem Aufbringen des Sekundärbindemittels umfassen. Der Schritt des Trocknens der naßverlegten Matte kann auch das Warten mit dem Trocknen umfassen, bis das Sekundärbindemittel aufgebracht ist. Der Schritt des Aushärtens des Bindemittels kann darin bestehen, daß ein Bindemittel vom thermisch aushärtenden Typ vernetzt wird, oder daß ein Bindemittel vom thermoplastischen Typ verfestigt wird.
Auf die Verstärkungsfasern können ein oder mehrere Bindemittel dadurch aufgebracht werden, daß sie nicht mit der Aufschlämmung vermischt werden, sondern vor oder nach dem Trocknen der Matte direkt auf die Matte aufgebracht werden. Das verwendete Bindemittelsystem ist dazu geeignet, die Verstärkungsfasern derart miteinander zu verbinden, daß die Fasermatte einer ebenen Dehnung im wesentlichen widersteht und doch ein erhebliches Ausmaß einer ebenen Stauchungsbewegung in der Fasermatte erlaubt, zumindest dann, wenn die Fasermatte die Zwischenschicht in einem elastischen Bodenbelag bildet:
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer nichtgewebten Fasermatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer von einer Anzahl von unregelmäßig geformten Glasfasern, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Herstellen der nichtgewebten Fasermatte der Fig. 1 verwendet wird.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine nichtgewebte Glasfasermatte 10 geschaffen, die besonders als Zwischenschicht in einem anderweitig herkömmlichen Vinyl-Bodenbelag von Nutzen ist. Die beispielhafte Fasermatte 10 besteht zur Gänze aus Verstärkungsfasern 12 aus Glas oder, wie in dem alternativen Beispiel weiter unten aufgezeigt, einer Mischung von Fasern 12 aus Glas und Fasern 12 aus einem geeigneten synthetischen oder nicht glasartigen Material. Die Bezeichnung Glas, wie sie hier verwendet wird, soll neben den herkömmlichen Gläsern alle glasartigen Minerale umfassen, wie Gesteins-, Schlacke- und Basaltmaterialien. Die Bezeichnung synthetische Fasern, wie sie hier verwendet wird, soll alle künstlichen Materialien mit geeigneten Verstärkungseigenschaften einschließlich der Fasern aus zum Beispiel Polyester, einem Aramid, einem Polyphenylensulfid oder anderen geeigneten Polymeren und Siliziumkarbid (SiC) umfassen.
Es wurden zufriedenstellende Fasermatten 10 dadurch erhalten, daß Verstärkungsfasern 12 verwendet wurden, die durch Zerhacken oder anderweitiges Schneiden von unregelmäßig geformten Glasfasern 14 in kürzere, diskrete Längen zum Erzeugen von gewundenen Fasern 16, halb gewundenen Fasern 18 und auch einigen relativ geraden oder leicht gekrümmten Fasern 20 aufgeteilt wurden. In der Fig. 2 ist ein Abschnitt einer repräsentativen, unregelmäßig geformten langen Glasfaser 14 gezeigt und deren zweidimensionaler Projektionsschatten 22, der die unregelmäßige Form oder Drehung über die Länge zeigt. Solche unregelmäßig geformten langen Glasfasern 14 sowie ein Prozeß zum Herstellen von solcher Fasern sind im US-Patent Nr. 5 431 992 und der WO 96/09427 beschrieben. Der in der Fig. 2 gezeigte Abschnitt der unregelmäßig geformten Faser 14 wird durch imaginäre Schnittlinien (gestrichelt bei 24 gezeigt) in eine repräsentative gewundene Faser 16, eine halb gewundene Faser 18 und eine leicht gekrümmte Faser 20 aufgeteilt:
Jede der Glasverstärkungsfasern 12 aus den unregelmäßig geformten Fasern 14 weist eine Dicke im Bereich von etwa 5 Mikrometern bis etwa 15 Mikrometern und eine tatsächliche Länge im Bereich von 0,5 Zoll (12,7 mm) bis 2,0 Zoll (50,8 mm) auf. Jede gewundene Faser 16 aus Glas weist zumindest eine oder mehrere Windungen mit einem Außendurchmesser im Bereich von etwa 0,25 Zoll (6,35 mm) bis etwa 1,0 Zoll (25; 4 mm) auf.
Die Verstärkungsfasern 12 werden in der Form einer Lage (nicht gezeigt) durch ein Polymer-Bindemittelsystem zusammengehalten, das ein Vorbindemittel und ein Sekundärbindemittel umfassen kann. Das Vorbindemittel ist zumindest in der Lage, die Verstärkungsfasern 12 so zu verbinden, daß die Lage in der Herstellungslinie verwendet oder für eine spätere Off-Line-Verarbeitung in die nichtgewebten Fasermatte 10 zu einer Rolle gewickelt werden kann. Vorbindemittel, die verwendet werden können, umfassen Polymer-Bindemittel vom thermoplastischen Typ in der Form von Partikeln (z. B. Polyvinylalkoholpulver) oder in der Form von Fasern (z. B. aus einem Vinylchlorid-Copolymer oder einem Copolyester) oder eine Kombination aus beidem. Diese thermoplastischen Bindemittel werden zur Verbindung der Verstärkungsfasern zumindest teilweise aufgeschmolzen. Das Sekundärbindemittel stellt dann eine ausreichende Bindung zwischen den Verstärkungsfasern 12 sicher, damit die Fasermatte 10 einer ebenen Dehnung einen erheblichen Widerstand entgegensetzt, eine ebene Stauchungsbewegung jedoch in einem erheblichen Ausmaß erlaubt.
Alternativ kann das Polymer-Bindemittelsystem ein Einfach-Bindemittel umfassen, das die Verstärkungsfasern 12 so miteinander verbindet, daß die Fasermatte 10 ein geeignetes Substrat für die Verstärkung von elastischen Bodenbelägen wird, etwa eine Zwischenschicht für Vinyl-Bodenbeläge. Ein Beispiel für ein Einfach-Bindemittelsystem zum Verbinden von Fasern untereinander ist das Elastomer-Bindemittel, das durch das Entfernen von Wasser aus einer wässrigen Zusammensetzung gebildet wird, die ein härtbares Elastomer enthält, wie es etwa im US-Patent Nr. 4 849 281 beschrieben ist. Es wird angenommen, daß eine Fasermatte 10 mit verbesserter ebener Kompressibilität auch dadurch erhalten wird, daß die vorliegenden Glasverstärkungsfasern 12 auf die gleiche Weise (d. h. mit dem gleichen Einfach-Bindemittelsystem) wie die Glasfasermischung (aus Glaswolle und textilen Fasern) im Patent 4 849 281 miteinander verbunden werden.
Es wird angenommen, daß die Menge an Verstärkungsfasern 12 in der Fasermatte 10 im Bereich von 50 bis 95 Gew.-% liegt und die Menge an Bindemittel in der Fasermatte im Bereich von 5 Gew.-% (wenn z. B. nur ein Einfach-Bindemittel verwendet wird) bis 50 Gew.-% (wenn z. B. zwei oder mehr Bindemittel verwendet werden.). Die Menge an Verstärkungsfasern 12 in der Fasermatte kann im Bereich von 50 bis 95 Gew.-% liegen, wobei der Rest das Bindemittel ist, auch wenn die Verstärkungsfasern 12 alle Glasfasern sind.
Die erfindungsgemäßen Fasermatten 10 können mit der bekannten Naßverlegungs-Nichtwebtechnik hergestellt werden. Bei jedem der folgenden Beispiele wird die Fasermatte 10 dadurch hergestellt, daß zuerst eine Anzahl der unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einem Schneidintervall von 0,5 Zoll (12,7 mm) zerschnitten wird, um zufällig geformte Verstärkungsfasern 12 mit unregelmäßigen Längen (z. B. typisch im Bereich von 0,5 Zoll (12,7 mm) bis 2,0 Zoll (50,8 mm)) zu erzeugen. Diese zufällig geformten Glas-Verstärkungsfasern 12 bestehen aus den gewundenen Fasern 16, den halb gewundenen Fasern 18 und den relativ geraden oder leicht gekrümmten Fasern 20. Die zufällig geformten Glas-Verstärkungsfasern 12 werden, gegebenenfalls zusammen mit anderen Verstärkungsfasertypen, zu einem wässrigen Medium oder einer Aufschlämmung vermischt. Die Verstärkungsfasern 12 werden dann dem wässrigen Medium als nichtgewebte, naßverlegte Lage oder Matte entnommen, zum Beispiel durch Entwässern der Aufschlämmung nach einem geeigneten Prozeß. Solche Prozesse sind allgemein bekannt und werden daher hier nicht genauer beschrieben. Ein Beispiel für einen bekannten Naßverlegungs-Nichtwebprozeß läßt sich im US-Reissue-Patent Nr. Re 31 124 finden.
Auf die Glas-Verstärkungsfasern 12 wird zumindest ein Bindemittel des thermoplastischen Typs oder des thermisch aushärtenden Typs aufgebracht. Die naßverlegte Grundmatte wird getrocknet und das Bindemittel gehärtet, um die nichtgewebte Fasermatte 10 zu bilden. Das Bindemittel kann auf jede bekannte, geeignete Weise auf die naßgeformte Grundmatte aufgebracht werden. Ein Bindemittel vom thermoplastischen Typ wird in Partikelform, in Faserform oder in beidem der Aufschlämmung zugemischt und erhitzt, zum Beispiel während des Trocknens der naßgeformten Grundmatte, damit die Partikel und Fasern wenigstens teilweise mit den Verstärkungsfasern 12 verschmelzen. Ein Sekundärbindemittel wird entweder vor oder nach dem ersten Trocknen der naßgeformten Matte auf die Verstärkungsfasern aufgebracht. Zum Beispiel kann das Sekundärbindemittel auf die Grundmatte aufgesprüht werden oder darübergeschüttet werden, wobei überschüssiges Bindemittel durch ein Vakuum unter der Grundmatte abgezogen wird.
Das Bindemittel an der Matte kann auf jede geeignete Weise gehärtet werden, die zum Aushärten und, falls erforderlich, zum Trocknen der Komponenten des Bindemittels und zu Erzeugen einer Glasfasermatte 10 mit der gewünschten Heißzugfestigkeit ausreicht, die zum Herstellen der Matte 10 ohne Verschlechterung der gewünschten Kompressibilität der Matte 10 erforderlich ist. Das Bindemittel wird dadurch gehärtet, daß entweder ein thermisch aushärtendes Bindemittel zur Vernetzung gebracht wird und/oder daß ein Bindemittel vom thermoplastischen Typ verfestigt wird, je nachdem, was erforderlich ist. Die Trocken- und Härteschritte können zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt werden oder auch gleichzeitig.
Die folgenden Beispiele zeigen tatsächliche Prozeduren zum Herstellen von nichtgewebten Glasfasermatten 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auf.

Beispiel 1

Durch Zusammenbringen einer Schlämmwasserlösung mit einem Vorbindemittel und einer Menge von Glas-Verstärkungsfasern 12 aus einer Menge von zerschnittenen, unregelmäßig geformten Glasfasern 14 wie oben beschrieben (d. h. wie in der oben genannten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 08/310183 beschrieben) wird eine Aufschlämmung erzeugt. Die Schlämmwasserlösung wird durch Einbringen von 75 Liter einer 0,35%-igen Lösung eines anionischen Polyacrylamid-Viskositätsmodifikators, wie er etwa von Allied Colloids in Suffolk, Virginia, unter der Produktbezeichnung Percol 156 hergestellt wird, in ein Gesamtvolumen von etwa 5000 Liter Wasser erzeugt, um eine Viskosität von 1,8 cps zu erhalten. Ein erster Mischbehälter wird mit etwa 500 Liter des Schlämmwassers, 400 g Polyvinylalkoholpulver als Vorbindemittel und 3600 g der unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einer Schnittlänge von 12,5 mm als Verstärkungsfasern gefüllt. Die Mischung wird mit geringer Bewegung für 30 Minuten gerührt und dann in einen zweiten Mischbehälter übertragen. Dort wird eine zusätzliche Menge an Schlämmwasser hinzugefügt, um das Gesamtvolumen auf 2000 Liter zu bringen. Die Mischung wird dann mit stärkerer Bewegung für 5 Minuten gerührt, bevor sie zu einer herkömmlichen Naßmattenformmaschine gepumpt wird. Der Fluß des sich ergebenden dicken Stoffs wird so reguliert, daß sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Fuß/min (9,1 m/min) eine Grundmatte mit einem Basisgewicht von 50 g/m² ausbildet. Durch Absaugschlitze längs des Formabschnitts der Naßformmaschine unter einer herkömmlichen Drahtfördervorrichtung für die Grundmatte wird überschüssige Feuchtigkeit entfernt, wie es für die bekannte Ausrüstung allgemein bekannt ist. Im Sättigungsabschnitt wird auf die Grundmatte kein zusätzliches Bindemittel aufgebracht. Die sich ergebende Grundmatte wird in einem Ofen getrocknet, der auf 385ºF (196ºC) eingestellt ist. Die getrocknete Grundmatte ist fest genug, um an einem Aufnahmestand zu einer Rolle gewickelt zu werden oder um In-Line zu der nichtgewebten Fasermatte weiterverarbeitet zu werden.
Nachdem auf diese Weise die Grundmatte hergestellt wurde; wird diese mit einem Sekundärbindemittel behandelt, und zwar entweder durch Aufrollen oder dadurch, daß die Grundmatte In-Line auf den Sättigungsabschnitt gerichtet und das Bindemittel mit einem gefluteten Überlauf aufgebracht wird. Überschüssiges Bindemittel wird an Absaugschlitzen entfernt, so daß die trockene Zusatzmenge an Bindemittel etwa 10 g/m² beträgt. In diesem Beispiel ist das Sekundärbindemittel Carboxylat-Styrol-Butadienlatex, wie es etwa von Dow Chemical in Midland, Michigan unter der Produktbezeichnung Dow Latex 485 hergestellt wird, das mit 2 Gew.-% eines methylierten Melamin-Formaldehydharzes modifiziert ist, wie es etwa von Cytec Industries in West Paterson, New Jersey, unter der Produktbezeichnung Cymel 327 hergestellt wird. Die Matte wird im Ofen bei einer Temperatureinstellung von 375ºF (191ºC) und einer Geschwindigkeit von 30 Fuß/min (9,1 m/min) getrocknet und das Bindemittel ausgehärtet. Die Gesamt-Bindemittel-Feststoffe liegen im Bereich von etwa 13%. Die sich ergebende nichtgewebte Glasfasermatte 10 ist dafür geeignet, als Substrat für die Herstellung von Vinyl-Bodenbelägen verwendet zu werden.

Beispiel 2

Die Grundmatte wird in diesem Beispiel auf die gleiche Weise hergestellt wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß der erste Mischbehälter mit 500 Liter Schlämmwasser, einem Vorbindemittelsystem aus etwa 280 g Polyvinylalkoholpulver und 1080 g Vinylchloridcopolymerbindemittelfaser, wie sie etwa von der Wacker AG in München, Deutschland, als Typ-MP-Faser hergestellt wird, und 2640 g der unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einer Schnittlänge von 12,5 mm gefüllt wird. Vor dem Einbringen in den ersten Mischbehälter werden die Vinylchloridbindemittelfasern in einem Hydropulper (d. h. einem Bewegungssystem mit hohen Scherkräften) mit 60 Litern des Schlämmwassers für eine Minute vorbehandelt. Nachdem die Grundmatte hergestellt ist, wird sie mit einem Sekundärbindemittel behandelt, getrocknet und ausgehärtet, wie es oben im Beispiel 1 beschrieben ist, um eine andere nichtgewebte Glasfasermatte 10 zu erzeugen, die dafür geeignet ist, als Substrat für die Herstellung von Vinyl-Bodenbelägen verwendet zu werden.

Beispiel 3

Die Grundmatte wird in diesem Beispiel auf die gleiche Weise hergestellt wie im Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß der erste Mischbehälter mit 500 Liter Schlämmwasser, einem Vorbindemittelsystem aus etwa 280 g Polyvinylalkoholpulver und 600 g der Vinylchloridbindemittelfaser und 3120 g der unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einer Schnittlänge von 12,5 mm gefüllt wird. Vor dem Einbringen in den ersten Mischbehälter werden die Vinylchloridbindemittelfasern im Hydropulper mit 60 Litern des Schlämmwassers für eine Minute vorbehandelt. Nachdem die Grundmatte hergestellt ist, wird sie mit einem Sekundärbindemittel behandelt, getrocknet und ausgehärtet, wie es oben im Beispiel 1 beschrieben ist, um eine weitere nichtgewebte Glasfasermatte 10 zu erzeugen, die dafür geeignet ist, als Substrat für die Herstellung von Vinyl-Bodenbelägen verwendet zu werden.

Beispiel 4

Die obigen Beispiele 1-3 beinhalten das Trocknen der Grundmatte, bevor ein sättigendes zweites Bindemittel aufgebracht wird. Das vorliegende Beispiel umfaßt eine direkte Sättigung der nassen Grundmatte mit einem Sekundärbindemittel. In diesem Beispiel werden 4000 g der unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einer Schnittlänge von 12,5 mm in 2000 Litern des Schlämmwassers ohne den Zusatz eines Vorbindemittels verteilt. Eine Mischung aus 90 Gew.-% des Carboxylat-Styrol-Butadienlatex und 10 Gew.- % des methylierten Melamin-Formaldehydharzes (gemischt auf Feststoffbasis) als Sekundärbindemittel auf die nasse Matte mit einem Gesamt-Feststoffanteil von etwa 15 Gew.-% aufgetragen. Nach dem Trocknen und Aushärten der nassen Matte in einem Ofen bei 425ºF (218ºC) hat die sich ergebende Fasermatte 10 ein Basisgewicht von 60 g/m², wobei an Bindemittel 17 Gew.-% hinzugefügt wurden.

Beispiel 5

Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 4 wird eine weitere Fasermatte 10 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Verstärkungsfasern eine Fasermischung aus 3200 g von unregelmäßig geformten Glasfasern 14 mit einer Schnittlänge von 12,5 mm und 800 g von 1,7 dtex · 12,5 mm Polyethylenterephthalatfasern sind, wie sie etwa als Typ-100- Fasern von Hoechst-Celanese in Charlotte, North Carolina hergestellt werden.
Wenn die Wollfasern in Strukturen wie denen, die im US-Patent Nr. 4 849 281 beschrieben sind, durch zufällig gewundene und halb gewundene Verstärkungsfasern 12 ersetzt werden, weist diese eine verbesserte Kompressibilität bei erhöhter Festigkeit und Verarbeitbarkeit auf. Dies gilt besonders dann, wenn die Verstärkungsfasern 12 abgeschnittene Teile der oben beschriebenen unregelmäßig geformten Glasfasern 14 sind (d. h. wie in der WO 96/0942 beschrieben). Diese geschnittenen, unregelmäßig geformten Glasfasern setzen einer ebenen Kompression weniger Widerstand entgegen als eine Fasermatte aus textilen Glasfasern, wenn sie diese vollständig oder teilweise ersetzen.
Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die Verwendung von Verstärkungsfasern aus Glas beschränkt ist, sondern daß es möglich ist, daß einige oder alle der gewundenen oder halb gewundenen Verstärkungsfasern aus einem Nicht-Glas-Material bestehen, und daß es wünschenswert sein kann, daß die vorliegende nichtgewebte Fasermatte als Verstärkungslage in elastischen Bodenbelägen verwendet wird, die keine Vinyl-Bodenbeläge sind.

Claims

1. Nichtgewebte naßverteilte Grundmatte mit

einer Anzahl von zu einer Lage zusammengefügten Verstärkungsfasern (12), die halb gewundene Fasern (18) umfassen; und mit

mindestens einem Bindemittel, das die Verstärkungsfasern zu einer Lage verbindet, damit die Grundmatte nachfolgend zumindest zu einer Fasermatte verarbeitet werden kann, die zur Verstärkung einer elastischen Bodenbelagbahn geeignet ist.

2. Grundmatte nach Anspruch 1, wobei im wesentlichen alle Verstärkungsfasern (12) aus Glas bestehen.

3. Grundmatte nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern (12) Glas- und Synthetikfasern enthalten.

4. Grundmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bindemittel ein thermoplastisches Polymer-Bindemittel in der Form von teilgeschmolzenen Partikeln und/oder teilgeschmolzenen Fasern umfaßt.

5. Nichtgewebte Fasermatte (10), die zur Verstärkung elastischer Bodenbelagbahnen geeignet ist, mit

einer Anzahl von zu einer Lage ausgebildeten Verstärkungsfasern (12), die mindestens halb gewundene Fasern (18) umfassen; und mit

mindestens einem Polymer-Bindemittel, das die Verstärkungsfasern zur Bildung der Fasermatte verbindet.

6. Fasermatte nach Anspruch 5, wobei die Verstärkungsfasern zusätzlich gewundene Fasern (16) umfassen, die jeweils eine Windung mit mindestens einem vollständigen Windungsumlauf aufweisen.

7. Fasermatte nach Anspruch 6, wobei die halb gewundenen und die gewundenen Fasern (18, 16) zufällig über die Lage verteilt sind.

8. Fasermatte nach Anspruch 6 oder 7, wobei jede gewundene Faser(16) aus Glas besteht, und wobei jede Windung einen Außendurchmesser zwischen 6, 35 und 25,4 mm (0,25 bis 1,0 Zoll) aufweist.

9. Fasermatte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Verstärkungsfasern leicht gekrümmte Fasern (20) aufweisen, wobei die leicht gekrümmten, die halb gewundenen und die gewundenen Fasern (20, 18, 16) Glasfasern sind und die Lage 50 bis 95 Gew.- % Glasfasern enthält.

10. Fasermatte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die halb gewundenen und die gewundenen Fasern (18, 16) Glasfasern mit einer Dicke zwischen 5 und 15 um und einer Länge zwischen 12, 7 und 50,8 mm (0,5 bis 2,0 Zoll) sind.

11. Fasermatte nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Lage zwischen 50 und 95 Gew.-% Verstärkungsfasern und zwischen 5 und 50 Gew.-% Polymer-Bindemittel aufweist.

12. Fasermatte nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Verstärkungsfasern zusätzlich mindestens eine der folgenden Fasern umfassen: Synthetikfasern, Textilglasfasern, Glaswollfasern und unregelmäßig geformte und in kürzere Stücke geschnittene Glasfasern.

13. Fasermatte nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Polymer-Bindemittel ein Vorbindemittel umfaßt, um die Verstärkungsfasern so weit untereinander zu binden, damit die Lage anschließend zu einer Fasermatte verarbeitet werden kann; die zur Verstärkung einer elastischen Bodenbelagbahn geeignet ist.

14. Fasermatte nach Anspruch 13, wobei das Vorbindemittel ein thermoplastisches Bindemittel in der Form von teilgeschmolzenen Partikeln und/oder teilgeschmolzenen Fasern aufweist.

15. Fasermatte nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Polymer-Bindemittel ein Sekundärbindemittel umfaßt, das die Verstärkungsfasern hinreichend bindet, um die Fasermatte im wesentlichen unempfindlich gegen ebene Dehnung zu machen und um trotzdem eine erhebliche ebene Stauchungsbewegung zuzulassen.

16. Fasermatte nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Polymer-Bindemittel ein einziges Bindemittel ist, das geeignet ist; die Verstärkungsfasern ausreichend zu binden und so die Fasermatte im wesentlichen widerstandsfähig gegen eine ebene Dehnung zu machen und trotzdem eine erhebliche ebene Stauchungsbewegung zuzulassen.

17. Verfahren zur Bildung einer nichtgewebten Fasermatte (10), die zur Verstärkung elastischer Bodenbelagbahnen geeignet ist, mit folgenden Schritten:

Trennen einer Anzahl von unregelmäßig geformten Fasern unregelmäßiger Länge einschließlich halb gewundener Fasern (18);

Herstellen einer Aufschlämmung aus Verstärkungsfasern (14), die zumindest die zufällig geformten Fasern einschließlich der halb gewundenen Fasern (18) umfaßt;

Formen der Aufschlämmung zu einer nichtgewebten, naßverteilten Matte aus Verstärkungsfasern;

Aufbringen mindestens eines Bindemittels auf die Verstärkungsfasern; Trocknen der naßverteilten Matte; und

Härten des Bindemittels.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aufbringen des Bindemittels auf die Verstärkungsfasern (14) folgende Schritte umfaßt:

Einbringen mindestens eines thermoplastischen Vorbindemittels in die Aufschlämmung, wobei das Vorbindemittel in Partikel- und/oder Faserform vorliegt;

Erwärmen des Vorbindemittels, um es zumindest teilweise mit den Verstärkungsfasern zu verschmelzen; und

Aufbringen eines härtbaren Sekundärbindemittels auf die Verstärkungsfasern, wobei der Trockenschritt der naßverteilten Matte mindestens ein Trocknen umfaßt, nachdem das Sekundärbindemittel aufgebracht wurde, und der Aushärteschritt das Vernetzen und/oder Erstarren des Bindemittels umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Trockenschritt der naß ausgelegten Matte ein Trocknen umfaßt, nachdem das Sekundärbindemittel aufgebracht wurde: