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Die vorliegende Erfindung betrifft
Faservliesmatten mit wenigstens zwei Lagen, wobei eine Oberflächenlage
feine Fasern und/oder Partikel darin aufweist, wobei beide Lagen
mit einem selben Harzbindemittel gut zusammen und aneinander gebunden
werden. Die Matten, die gemäß dieser
Erfindung hergestellt werden, sind nützlich als Deckschicht für alle Arten
von Platten, wie z. B. Holzplatten, Holzproduktplatten, Isolierplatten und
Hartfaserplatten aller Art, und auch als Verstärkung und Dimensionsstabilisatoren
für die
Herstellung einer großen
Zahl an Laminatprodukten und für
eine Unzahl anderer Verwendungsmöglichkeiten.
Diese Matten werden auf einer herkömmlichen Vorrichtung für nassabgelegte
Vliesmatten hergestellt mit Ausnahme einer Modifikation am Bindemittelherstellungssystem,
einem erfinderischen Schritt bei der Herstellung des Bindemittels und
bei der Auswahl der Inhaltsstoffe für eine Bindemittelmasse.
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Es ist bekannt, Vliesfasermatten
aus Fasern, wie z. B. Glas-, Polyester-, Polypropylen-, Polyethylen-, Zellulose-,
Keramik- und vielen anderen Arten von Fasern herzustellen und diese
Fasern mit einem wärmehärtbaren
oder thermoplastischen Harzbindemittel, wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd,
Akryl, Melaminformaldehyd mit oder ohne Harnstoffzusätze, Polyvinylazetat
und anderen Harzen oder Gemischen daraus zu Matten aneinander zu
binden, um Faservliesmatten herzustellen (siehe
EP 0 138 657 A ). Solche Matten
werden verwendet, um eine Unzahl von Dach-, Bau- und Fahrzeugprodukten
herzustellen. Es ist auch bekannt, ein Akrylcopolymerlatex, wie
z. B. ein selbstvernetzendes Akrylcopolymer von der Art eines anionischen
Emulsionsbildners, als eine Komponente eines Bindemittels aus wenigstens
zwei Komponenten zu verwenden, um Glasfasern und thermoplastische
Partikel zu binden, um ein glasfaserverstärktes Blatt herzustellen, das
später
zu verschiedenen Formen und Artikeln heiß geformt werden kann, wie
in US-Patentschrift Nr. 5,393,379 offenbart. Es ist auch bekannt,
Gipskartonplatten mit Faservliesmatten zu bedecken, wie in US-Patentschrift
Nr. 5,772,846 und 4,647,496 offenbart.
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Es ist auch bekannt, Partikel von
thermoplastischem Harz zu einer wässrigen Fasermasse hinzuzufügen, die
verwendet wird, um eine Matte herzustellen, die später heißgestampft
oder warmgeformt werden kann. Wenn das gemacht wird, ist die entstehende
Vliesmatte durch ihre Dicke gleichmäßig. Beispiele für Glasfaservliesmatten,
die Partikel von thermoplastischem Material wie z. B. Polyvinylchlorid,
Polypropylen usw. enthalten, sind in der offengelegten Europäischen Patentanmeldung
0148760 und 0148761 offenbart. In
EP 0148760 ist
die Matte mit wässrigen
Bindemitteln wie z. B. Polyvinylalkohol, Stärke, Phenolformaldehyd usw. zusammengebunden.
Gemäß den Offenbarungen
dieser beiden EP-Anmeldungen
liegt (liegen) die partikuläre(n)
thermoplastischen(n) Komponente(n) in der Matte in Mengen von 40– 80 Gewichtsprozent
vor, und die Matte wird einer erhöhten Temperatur und erhöhtem Druck
ausgesetzt, um die thermoplastischen Partikel zu einer durchgehenden
thermoplastischen Matrix zu verschmelzen und verfestigen, die mit
Glasfasern verstärkt ist.
Solche Matten wären
nicht als Deckschicht für
das Isolier-Gipskartonplattenprodukt geeignet, wie z. B. die Platte,
die in US-Patentschrift 4,647,496 offenbart ist.
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Eine Oberfläche von Faservliesmatten, die
auf einer Vorrichtung für
nassabgelegte Matten hergestellt werden, die keine Beschichtungsausrüstung darauf
aufweist, unterscheidet sich leicht von der gegenüberliegenden
Oberfläche
auf Grund der Bindemittelmigration und/oder auf Grund dessen, dass
eine Seite auf einem Drahtband liegt, während die andere Seite vollständig freiliegend
ist und während
des Bildens und Trocknens nicht in physischem Kontakt mit irgendeinem
begrenzenden Artikel steht. Dennoch sind die zwei Seiten in ihrer Durchlässigkeit
und Glattheit ziemlich ähnlich
und beide Seiten weisen freiliegende Fasern auf. Es ist bekannt, eine
Matte auf der Fertigungslinie nach dem Trocknen zu beschichten und
vor dem Trocknen sehr leichte oder sehr dünne Beschichtungszusammensetzungen
auf eine nasse Matte zu sprühen.
Diese Beschichtungsverfahren erfordern entweder eine extra Ausrüstung und
Behandlung der Matte oder sind für
schwerere Beschichtungen ungeeignet, wenn nicht die Bildungsgeschwindigkeit
auf ein unannehmbares Maß verlangsamt
wird, oder für
Beschichtungen, die Partikel über
bestimmten Größen enthalten.
Es ist auch bekannt, eine Vliesmatte üblicherweise in einem sekundären Vorgang
zu beschichten, um eine Oberfläche
der Matte abzudichten und/oder eine glattere Oberfläche herzustellen.
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Es wäre erstrebenswert, eine Matte
mit einer glatten und weniger durchlässigen Oberfläche bei
normalen Mattenbildungsgeschwindigkeiten herzustellen, ohne dass über der
gebildeten Matte zu der Vorrichtung eine Ausrüstung hinzugefügt werden
muss, wo sie schmutzig wird und schwierig zu reinigen ist, ohne
dass Fremdmaterial in die Matte, die hergestellt wird, eingebracht
wird und ohne dass wesentliche zusätzliche Verarbeitungsvorgänge zu den
Vliesmattenverfahren und -fertigungslinien hinzugefügt werden.
Obwohl Gipskartonplatten, die mit Glasfasermatten bedeckt sind,
in der Vergangenheit gute Leistungen erbracht haben, ist es erstrebenswert,
die Glasfasern besser zu verstecken, um zu verhindern, dass sich
die Fasern an der Oberfläche
der Matte teilweise oder gänzlich
loslösen
und eine rauhe Oberfläche
bilden; aber das ist vor dieser Erfindung nicht im erforderlichen
Ausmaß umgesetzt
worden.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung umfasst
eine mehrlagige Faservliesmatte mit einem Körperabschnitt, wobei der Körper abschnitt
eine Masse aus Vliesfasern mit oder ohne Partikel, die mit einem
Harzbindemittel zusammen gebunden sind, und einen Oberflächenabschnitt
umfasst, der Fasern und/oder Partikel enthält, die mit dem selben genannten
Harzbindemittel zusammen gebunden sind, wobei der Oberflächenabschnitt
im Wesentlichen anders ist als der Haupt- oder Körperabschnitt der Vliesmatte.
Der Körperabschnitt
macht einen Hauptabschnitt des Flächengewichtes (Gewicht pro
Flächeneinheit)
der Matte aus, während
der Oberflächenabschnitt
einen kleineren Abschnitt des Flächengewichtes
der Matte ausmacht. Die Fasern, die für den Oberflächenabschnitt
verwendet werden, sind vorzugsweise kürzer als ein Viertel Inch und
länger
als 100 Mikron.
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Wenn sie in dem Oberflächenabschnitt
gemäß dieser
Erfindung verwendet werden, sind Partikel vorzugsweise so groß, dass
weniger als einige Prozent, vorzugsweise weniger als ein Gewichtsprozent
der Partikel durch die Öffnungen
zwischen den Fasern in der Vliesmatte treten. Je kleiner der Durchmesser
der Fasern im Körperabschnitt,
desto kleiner sind die Öffnungen
im Körperabschnitt
und desto kleiner sind die Partikel und Fasern, die im Oberflächenabschnitt
verwendet werden können.
Vorzugsweise liegen die Partikel im Größenbereich von minus 40 und
plus 100 US-Standard-Mesh und können
eine niedrigere Bauschdichte als Wasser aufweisen. Wenn die Partikel
zu klein sind, fließen
zu viele ein Stück
oder ganz durch den Körperabschnitt
der Matte, was weniger erstrebenswert ist. Es ist zulässig, dass
manche oder ein kleiner Teil der Partikel in wenigstens einen Zwischenabschnitt
des Körperabschnittes
der Matte fließt.
Diese letztere Ausführungsform stellt
eine bessere Bindung zwischen den zwei Lagen, dem Körperabschnitt
und dem Oberflächenabschnitt, her
und hilft auch, die Durchlässigkeit
der geschichteten Matten zu verringern. Der Oberflächenabschnitt
der Matte der vorliegenden Erfindung weist eine im Wesentlichen
niedrigere Durchlässigkeit
oder Porengröße oder beides
auf, als der Körper-
oder Hauptabschnitt der Faservliesmatte. Eine freiliegende Oberfläche des
Oberflächenabschnittes
kann auch im Wesentlichen glatter als eine freiliegende Oberfläche des
Körperabschnittes der
Faservliesmatte sein. Vorzugsweise enden wenigstens 99 Prozent der
Partikel oder Fasern im Bindemittel, das auf die Matte gegeben wird,
in der Oberflächenabschnittslage
der mehrlagigen Vliesmatte. Vorzugsweise weisen die mehrlagigen
Matten der vorliegenden Erfindung zwei Lagen auf, eine Körperabschnittslage
und einen Oberflächenlagenabschnitt.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren
zur Herstellung der Faservliesmatte, die oben beschrieben ist, umfassend
das Dispergieren von Fasern, wie z. B. Glasfasern, in einer wässrigen
Masse, das Sammeln der dispergierten Fasern auf einer sich bewegenden
durchlässigen
Unterlage, um eine Faservlieslage zu bilden, das Entfernen von überschüssigem Wasser
aus der Faservlieslage, das Aufbringen eines wässrigen Harzlatexbindemittels,
das Partikel und/oder Fasern enthält, auf die oberste Oberfläche der
sich rasch bewegenden, nassen Vliesfaserlage, das Entfernen von überschüssigem Latex
oder wässrigem
Harz, das Trocknen der Vliesmatte und das Vulkanisieren des Harzbindemittels,
um eine Vliesmatte mit einer Oberflächenlage zu bilden, die sich
wesentlich vom Faservlieskörper
der Matte unterscheidet. Das wässrige
Harzbindemittel kann auch vor der Verwendung geschäumt werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Nassmattenverfahrens,
das einen wahlweisen Bindemittelmischtank aufweist, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein schematischer Querschnitt eines Abschnittes des Verfahrens von 1 und zeigt den Bindemittel-Auf bringungsabschnitt
und die Anwendung der vorliegenden Erfindung, um Matten der vorliegenden
Erfindung herzustellen.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Es ist bekannt, Verstärkungsvliesmatten
aus Glasfasern herzustellen und diese Matten als Substrate bei der
Herstellung einer großen
Zahl an Dach- und anderen Produkten zu verwenden. Jedes bekannte
Verfahren zur Herstellung von Vliesmatten kann in dieser Erfindung
verwendet werden, wie z. B. die herkömmlichen Nassablegeverfahren,
die in US-Patentschrift
4,129,674, 4,112,174, 4,681,802, 4,810,576 und 5,484,653 beschrieben
sind, deren Offenbarungen hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert
werden. In diesen Verfahren wird eine Masse aus Glasfasern hergestellt,
indem Glasfasern zu einem typischen Siebwasser in einem Pulper hinzugefügt werden,
um die Fasern im Siebwasser zu dispergieren und eine Masse mit einer
Faserkonzentration von etwa 0,2–1,0
Gew.-% zu bilden, die Masse in einen Strom von Siebwasser zugemessen
wird, um die Faserkonzentration auf 0,1 Gewichtsprozent oder weniger
zu verdünnen,
und dieses Gemisch zum Entwässern
auf ein sich bewegendes Gitterformsieb abgelegt wird, um eine nasse
Faservliesmatte zu bilden. Diese nasse Vliesmatte wird dann durch
eine Bindemittelaufbringung geführt,
wo ein wässriges
Harzbindemittel im Überfluss
aufgebracht wird, das Überschüssige durch
Saugen entfernt wird, und die nasse, mit Bindemittel versehene Matte
wird dann getrocknet und das Bindemittel vulkanisiert, um ein Vliesmattenprodukt
zu bilden.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Modifikation am Bindemittelherstellungsabschnitt des
ansonsten herkömmlichen
Mattenherstellungsverfahrens. Die meisten Verfahren und Bildevorrichtungen
für Vliesmatten
sind geeignet für
eine Modifikation und Verwendung bei der vorliegenden Erfindung,
es sind aber die Verfahren und Vor richtungen für nassabgelegte Vliesmatten,
bei denen eine wässrige
Masse, die Fasern enthält,
auf ein sich bewegendes, durchlässiges
Gitter oder Band, das als Formsieb bezeichnet wird, geführt wird,
um eine durchgehende nasse Vliesfasermatte zu bilden.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Nassablegesystems,
um die Erfindung anzuwenden. Fasern 5 werden fortlaufend
mit einer gesteuerten Geschwindigkeit in einen Pulper 1 zugeführt, zusammen
mit einem herkömmlichen
Siebwasser durch ein Rohr 7, ebenfalls fortlaufend und
mit einer gesteuerten Geschwindigkeit. Ein Rührwerk 3 im Pulper 1 mischt
und dispergiert die Fasern. im Siebwasser. Die entstehende konzentrierte
Fasermasse fließt
fortlaufend durch ein Rohr 9 in eine wahlweise Pumpe 11,
die die konzentrierte Masse in einen Fasermasse-Haltetank 13 pumpt.
Die konzentrierte Fasermasse wird vorzugsweise fortlaufend vom Haltetank 11 mit
einem Ventil 14 in einen gemessenen Strom von entlüftetem Siebwasser 27 zugemessen,
um eine verdünnte
Fasermasse zu bilden. Das Ventil 25 misst eine richtige
Menge an entlüftetem
Siebwasser über
das Rohr 7 zu dem Pulper 1 zu und eine richtige
Menge an entlüftetem
Siebwasser 27, um die verdünnte Fasermasse zu bilden.
Die verdünnte
Fasermasse fließt
in die Pumpe 15 und wird zu der Mattenbildevorrichtung 17 gepumpt,
die jede beliebige Breite aufweisen kann und typischerweise breit
genug ist, um eine fertige Matte von 12 Fuß Breite
oder mehr herzustellen. Alternative Bildeverfahren zur Herstellung des
Körperabschnittes
der Vliesmatte umfassen die Verwendung von gut bekannten Papier-
oder Kartonherstellungsverfahren, wie z. B. Zylinderbildung, Trockenbildung
oder Luftablegen usw.
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Die bevorzugten Verfahren für die Herstellung
von Matten der vorliegenden Erfindung sind jene bekannten Verfahren,
bei denen Mattenbildevorrichtungen 17 verwendet werden,
wie z. B. ein HydroformerTM, hergestellt
von Voith-Sulzer, Appleton, WS, oder ein DeltaformerTM,
hergestellt von North County Engineers, Glens Falls, NY. Bei diesen
Vorrichtungen fließt
die verdünnte
Fasermasse horizontal gegen ein geneigtes, sich bewegendes, durchlässiges Band
oder Formsieb (nicht gezeigt), wo die Fasern gesammelt werden und sich
in einem unregelmäßigen Muster
aufbauen, um eine nasse Matte 28 zu bilden, während das
Siebwasser durch das Formsieb tritt und dabei irgendwie schaumig
wird (durch die enthaltende Luft) und über ein Rohr 19 zu
einem Entlüftungstank 21 transportiert
wird. Die nasse Matte wird mit einem Saugkasten 29 auf
das gewünschte
Maß entwässert, und
das entfernte schaumige Siebwasser wird durch ein Rohr 32 zum Entwässerungstank 21 geführt, vorzugsweise über das
Rohr 19.
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Diese nasse Vlieslage an Fasern 30,
der Körperabschnitt,
wird dann vorzugsweise aber nicht unbedingt zu einem zweiten, sich
bewegenden Gitter 33 übertragen
und durch eine Bindemittelaufbringungs-Sättigungsstation 31 geleitet,
wo ein wässriges
Bindemittel auf eine von vielen bekannten Arten auf die Matte aufgebracht
wird. Gemäß dem Verfahren
der Erfindung enthält
dieses wässrige
Bindemittel auch eine bedeutende Menge an Partikeln und/oder Fasern,
die größer als
Poren oder Öffnungen
zwischen den Fasern in der nassen Vliesmatte sind. Eine Bindemittelmasse
wird mit einer gesteuerten Geschwindigkeit von einem Bindemittelmasse-Haltetank 45 über eine
Pumpe 46 mit gesteuerter Geschwindigkeit gepumpt, so dass
mehr Bindemittel als erforderlich durch ein Rohr 37 zu
einem Bindemittelapplikator 35 zugeführt wird, wo die Bindemittelmasse im Überfluss
auf den nassen Mattenkörperabschnitt 30 aufgebracht
wird.
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Die Bindemittelmasse wird hergestellt,
indem ein wässriges
Harzbindemittel 52 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und
Fasern, Partikel oder beides 51 zu einem Bindemittelmischtank 47 zugeführt werden,
der ein Rührwerk 49 darin
aufweist, um die Fasern, Partikel oder beides 51 in dem wässrigen
Bindemittel 52 zu dispergieren. Die Bindemittelmasse wird
dann mit einer Messpumpe 53 und einem Rohr 55 zu
dem Bindemittelhaltetank 45 gepumpt. Die Messpumpe 53 beschleunigt
oder verlangsamt sich mit der Geschwindigkeit der Mattenlinie oder
-aufwickelung 59. Die Messpumpe 53 wird auch gesteuert,
um die gewünschte
Dicke des Oberflächenabschnittes
der zweilagigen Matte bereitzustellen. Der Harzgehalt in der Bindemittelmasse
und die Menge an Vakuum in den Saugkästen 39 und 41 werden
variiert, um den Bindemittelharzgehalt des Körperabschnittes und des Oberflächenabschnittes
der zweilagigen Matte zu steuern. Die Bindemittelmasse kann fortlaufend
oder in Chargen hergestellt werden, wie gut bekannt ist. wenn sie
fortlaufend hergestellt wird, werden alle Zutaten der Masse sorgfältig auf
bekannte Art zugemessen, um sicherzustellen, dass die gewünschte Zusammensetzung
der fertigen Matte erhalten bleibt.
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Wenn die wässrige Bindemittelmasse auf
die nasse Vliesmatte 30 aufgebracht wird, bauen die Partikel und/oder
Fasern darin einen Oberflächenabschnitt 40 (2) auf der Bindemittelaufbringungsseite
des nassen Vlieskörperabschnittes 30 auf,
während
der wässrige
Harzbindemittelabschnitt der Bindemittelmasse sowohl den Oberflächenabschnitt 40 als
auch den Körperabschnitt 30,
die ursprüngliche
nasse Vliesfaserlage, der entstehenden nassen Vliesmatte sättigt. Vorzugsweise
wird übermäßig viel
wässrige
Bindemittelmasse aufgebracht unter Verwendung eines Gießbeschichters,
wie z. B. von North County Engineers, Glens Falls, New York, aber
es funktionieren auch andere bekannte Aufbringungsverfahren und
-ausrüstung,
die die Partikel und/oder Fasern im Bindemittel verarbeiten und
diese mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf die Oberseite des
nassen Körperabschnittes
der Matte aufbringen. Wie in 2 gezeigt,
fließt
die Bindemittelmasse über
eine Lippe einer geneigten Oberfläche 38 eines gießbeschichterartigen
Bindemittelapplikators 35 und auf den Körperabschnitt 30 und
baut einen Oberflächenabschnitt 40 von
Fasern und/oder Partikeln 52 auf, die in der Bindemittelmasse
waren. Wie gezeigt fließt
der wässrige
Bindemittelabschnitt auch in den Körperabschnitt 30 und
beschichtet auch die Fasern im Körperabschnitt 30,
und der überschüssige wässrige Bindemittelabschnitt
fließt
aus dem Körperabschnitt 30 hinaus
durch das durchlässige
Band 33 und in einen ersten Saugkasten 39. Die
mit Bindemittel gesättigte
Matte wird dann über
einen oder mehrere Saugkästen 41 geleitet, während sie
noch auf dem sich bewegenden, durchlässigen Band 33 ist,
um überschüssiges Bindemittel
und Wasser zu entfernen, das über
das Rohr 43 zum Bindemittelmischtank 47 und/oder
zum Bindemittelhaltetank 45 zurückgeleitet wird.
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Die nasse, mit Bindemittel versehene
Vliesmatte 42 wird dann auf ein herkömmliches, sich bewegendes,
durchlässiges
Trockenschrankband (nicht gezeigt) übertragen und durch einen Trockenschrank 57 geleitet,
um die nasse Matte 42 zu trocknen und das Harzbindemittel
auf Polymerbasis zu vulkanisieren (polymerisieren), das die Fasern
und Partikel bindet, wenn Partikel im Oberflächenabschnitt vorliegen, die
zusammen die fertige Matte 58 der Erfindung bilden, die
zu einer Rolle 59 gewickelt wird unter Verwendung einer
herkömmlichen
Mattenwickelausrüstung.
Wenn die Fasern und/oder Partikel im Oberflächenabschnitt aus einem organischen
thermoplastischen Material oder aus einem fließbaren Thermosetmaterial bestehen,
ist es oft erstrebenswert, die trockene Matte auf eine Temperatur
zu erhitzen, die die Fasern und/oder Partikel zu einer Lage mit
einer verhältnismäßig glatten
Oberfläche
zusammenschmilzt oder zusammenfließen lässt.
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Der Körperabschnitt der Matten der
vorliegenden Erfindung enthält
vorzugsweise etwa 80–99,5
Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes der Fasern und Partikel, wenn
Partikel vorliegen, in der trockenen, fertigen Vliesmatte, wobei
die Partikel und/oder Fasern im Oberflächenabschnitt der Matte etwa
0,5–20
Gewichtsprozent der Fasern und Partikel in der trockenen, fertigen
Vliesmatte ausmachen. Der Harzbindemittelgehalt der Matte kann stark
variieren, beträgt
aber üblicherweise
etwa 5–35
Gewichtsprozent der Vliesmatte.
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Vorzugsweise sind der Großteil der
Fasern Glasfasern, und am meisten bevorzugt sind alle Fasern Glasfasern,
aber diese Erfindung ist gleichermaßen anwendbar für Keramik-,
Natur- und Polymerfaservliesstoffe und Vliesstoffe, die aus Gemischen
aus jeder beliebigen Kombination dieser Arten von Fasern hergestellt
sind. Die Fasern, die im Vlieskörperabschnitt
verwendet werden, sollten wenigstens 0,25 Inch lang oder länger, mehr
bevorzugt wenigstens einen halben Inch oder drei Viertel Inch lang
und am meisten bevorzugt wenigstens etwa einen Inch lang sein, aber
Gemische aus Fasern mit verschiedenen Längen und/oder Faserdurchmessern
können
verwendet werden, wie bekannt ist. Es ist bevorzugt, dass diese
Fasern mit einer silanhaltigen Leimungszusammensetzung beschichtet
werden, wie in der Industrie gut bekannt ist.
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Die Glasfasern können E, C, T, S oder jede bekannte
Art von Glasfaser mit guter Festigkeit und Dauerhaftigkeit in Gegenwart
von Feuchtigkeit sein und Gemische von Längen und Durchmessern. Die
bevorzugten Fasern sind K oder M 137 und K oder M 117 E Glasfasern,
erhältlich
von Johns Manville International, Inc., Denver, CO, aber es ist
beinahe jedes im Handel erhältliche
nasse Hackglasfaserprodukt geeignet. Obwohl die Mehrheit der Fasern
im bevorzugten Körperabschnitt
Glasfasern sind, kann auch ein kleinerer Abschnitt von Nicht-Glasfasern
eingeschlossen sein, wie z. B. künstliche
oder natürliche
organische Fasern wie NylonTM, Polyester,
Polyethylen, Polypropylen, Zellulose oder Zellulosederivate usw.
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Das Bindemittel, das verwendet wird,
um die Fasern zusammen zu binden, kann jedes beliebige Bindemittel
sein, das in der Lage ist, Fasern zusammen zu binden. Eine große Zahl
verschiedener Bindemittel kann verwendet werden, um Vliesstoffe
mit Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melaminformaldehyd (MF), Polyester,
Akryl, Polyvinylazetat herzustellen, UF- und MF-Bindemittel, modifiziert mit
Polyvinylazetat und/oder Akryl werden typischerweise verwendet.
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Nachdem das Bindemittel aufgetragen
und auf das gewünschte
Maß eingestellt
worden ist mit einem oder mehreren Saugkästen, wird die nasse, mit Bindemittel
versehene Matte auf ein Trockenschrankband oder -sieb übertragen
und die Matte wird getrocknet und das Bindemittel wird vulkanisiert,
um die fertige Matte zu bilden. Die Matte wird auf Temperaturen
bis zu etwa 500 Grad F im Trockenschrank erhitzt in Abhängigkeit
von der Art des verwendeten Bindemittels und/oder der Natur der
Partikel und/oder Fasern im Oberflächenabschnitt.
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Die Partikel und/oder Fasern, die
verwendet werden, um den Oberflächenabschnitt
der zweilagigen Matte herzustellen, sollten nicht in der wässrigen
Harzbindemittelmasse löslich
sein, könnten
aber leicht löslich sein.
Ansonsten können
die Partikel und Fasern aus fast jedem Material sein. Einige Beispiele
für geeignete Materialien
sind Plastikpartikel wie z. B. Phenolformaldehyd, reguläres oder
modifiziertes Polyethylen und Polypropylen, Nylon, Polyvinylalkohol,
Glasperlen oder Mikrokügelchen,
expandierter Ton, Glimmer, Flockenglas, roher oder expandierter
Vermikulit, roher oder expandierter Perlit, Ton, organische oder
anorganische Pulver, Mikrofasern, Mineralwolle und ähnliches.
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Eine bevorzugte Matte weist ein Flächengewichtziel
von 1,8 Pfund pro 100 Quadratfuß auf
und enthält ¾ Inch
lange 13 Mikron Glasfasern, zusammen gebunden mit einem bekannten modifizierten
Harnstoff-Formaldehyd (UF) Harzbindemittel im Körperabschnitt, und ¼ Inch
lange 3 Denier Zelluloseazetatfasern, zusammen gebunden mit dem
selben UF-Harzbindemittel in einem Oberflächenabschnitt auf einer Seite
der bevorzugten Matte. Die Zusammensetzungsziele für die Matten
dieser bevorzugten Ausführungsform
sind etwa 75 Gewichtsprozent Glasfasern, 20–22,5 Gewichtsprozent UF-Harzbindemittel
und 2,5–5
Gewichtsprozent Zelluloseazetatfasern.
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Beispiel 1
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Eine Fasermasse wurde auf eine gut
bekannte Art hergestellt, indem drei Viertel Inch lange E Glas Typ H
117 nasse Hackglasfasern von Johns Manville International, Inc.,
mit einer silanhaltigen chemischen Leimung auf der Oberfläche, wie
gut bekannt ist, zu einem bekannten kationischen Siebwasser, das
Natrosol" Verdickungsmittel,
erhältlich
von Aqualon, Inc., Wilmington, DE, enthielt, und einem kationischen
oberflächenaktiven
Mittel C-61, einem ethoxylierten Talgamin, erhältlich von Cytec Industries,
Inc., Morristown, NJ, als Dispersionsmittel hinzugefügt wird,
um eine Faserkonzentration von etwa 0,8 Gewichtsprozent zu bilden.
Nachdem die Masse für
etwa 5 Minuten gerührt
worden war, um die Fasern gut zu dispergieren, wurde die Masse in
einen sich bewegenden Strom des selben Siebwassers zugemessen, um
die Faserkonzentration auf eine durchschnittliche Konzentration
von etwa 0,05 bis 0,06 Gewichtsprozent zu verdünnen, bevor die verdünnte Masse
zu einem Auflaufkasten eines Pilotmodells eines Voith HydroformerTM gepumpt wurde, wo eine nasse Vliesmatte
fortlaufend gebildet wurde.
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Die nasse Matte wurde vom Formsieb
entfernt und zu einem Gießbeschichter-Bindemittelapplikator übertragen,
wo eine wässrige
Bindemittelmasse auf die Matte aufgebracht wurde. Diese Bindemittelmasse wurde
hergestellt durch Mischen eines plus 100 Mesh NovolacTM,
eines Phenolharzpulvers, erhältlich
von Georgia Pacific Corporation, Atlanta, Georgia, mit einem wässrigen
modifizierten UF-Harz. Das modifizierte Harz wurde hergestellt durch
Hinzufügen
von etwa 7,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die UF-Feststoffe, DurasetTM 827, erhältlich von Franklin International,
Columbus, Ohio, und etwa 5 Gewichtsprozent Hexymethylentetramin als
Vernetzungsmittel zu einem Georgia Pacific 2928 OF Harzlatex, der
54–56
Gewichtsprozent Feststoffe enthielt. Die Menge an NovolacTM-Pulver in der wässrigen UF-Bindemittelmasse
war ausreichend, um eine Matte mit einem Oberflächenabschnitt herzustellen,
der etwa 15 Gewichtsprozent NovolacTM-Partikel
enthielt, bezogen auf das Gewicht der Fasern im Körperabschnitt
der Matte.
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Die nasse Matte wurde dann auf ein
Trockenschrankband übertragen
und durch einen Trockenschrank getragen, um die Matte zu trocknen
und die Matte auf eine Temperatur von etwa 350–400 Grad F für etwa einige
Sekunden zu erhitzen, um das Harzbindemittel zu vulkanisieren und
die NovolacTM-Partikel zu verschmelzen und zu vulkanisieren.
Die NovolacTM-Partikel flossen auch, um
eine Beschichtungslage auf dem Körperabschnitt
der zweilagigen Matte zu bilden.
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Das Flächengewicht der hergestellten
Matte betrug etwa 1,83 Pfund/100 Quadratfuß. Die entstehende zweilagige
Matte wies die folgenden Eigenschaften auf:
Dicke | 30
mil |
Glühverlust | 33,4
Gewichtsprozent |
Zugfestigkeit
in Maschinenrichtung | 120
Pfund/3 Inch Breite |
Zugfestigkeit
in Querrichtung | 136
Pfund/3 Inch Breite |
Luftdurchlässigkeit | 565
Kubikfuß/Min./Quadratfuß |
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Die Luftdurchlässigkeit dieser Matte ist mit
einer Luftdurchlässigkeit
von mehr als 700 auf einer herkömmlichen
Glasfaser-Vliesmatte mit diesem Flächengewicht vergleichbar. Der
gebundene NovolacTM-Oberflächenabschnitt
der Matte von diesem Beispiel ist viel glatter als die gegenüberliegende
Seite der Matte; und wesentlich weniger Glasfasern des Körperabschnittes
sind auf der Oberfläche
des Oberflächenabschnittes sichtbar.
Es wird erwartet, dass diese Matte, wenn sie so an die Gipskartonplatte
gebunden wird, dass der Körperabschnitt
neben der Gipskartonplatte ist und der Oberflächenabschnitt der Matte freiliegt,
so gut wie die herkömmlichen
Glasfasermatten funktioniert, die normalerweise auf Gipskartonplatten
verwendet werden. Außerdem
sollte eine Gipskartonplatte, die mit der Matte von diesem Beispiel überzogen
ist, sich angenehmer anfühlen
und kein Jucken bei den Personen hervorrufen, die mit der überzogenen
Gipskartonplatte arbeiten und diese installieren, was eine deutliche
Verbesserung darstellt.
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Ähnliche
Ergebnisse können
mit anderen Mengen an Oberflächenlage
erreicht werden, wie z. B. wenn das Phenolharzpulver in der Oberflächenlage
im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 Gewichtsprozent der Fasern im
Körperabschnitt
liegt. Andere Arten von Phenolharz können verwendet werden. Andere
Arten von wässrigem
Harzbindemittel können
ebenfalls verwendet werden, insbesondere wenn die Matte für andere
Anwendungen verwendet werden soll.
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Beispiel 2
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Eine andere Matte wurde genau auf
dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass
drei Viertel Inch lange K 117 Fasern von Johns Manville International,
Inc. für
den Körperabschnitt
verwendet wurden. Die Bindemittelmasse für die Matte enthielt ein Viertel
Inch lange Zellulosetriazetatfasern mit 3 Denier (genug um einen
Zellulosetriazetatgehalt, im Wesentlichen alles im Oberflächenabschnitt,
in der zweilagigen Matte von etwa 15 Gewichtsprozent herzustellen,
bezogen auf das Gewicht der Glasfasern im Körperabschnitt), und die Vulkanisierungs temperatur
betrug etwa 400 Grad F. Das Flächengewicht
der Matte betrug 1,92 Pfund pro 100 Quadratfuß.
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Die anderen Eigenschaften waren wie
folgt:
Dicke | 35
mil |
Glühverlust | 31
Gewichtsprozent |
Zugfestigkeit
in Maschinenrichtung | 99
Pfund/3 Inch Breite |
Zugfestigkeit
in Querrichtung | 119
Pfund/3 Inch Breite |
MD
+ CD Reißfestigkeit
(Elmendorf) | 455
Gramm |
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Diese Matte kann als Deckschicht
für Glasfaserisolierung
und für
Plattenprodukte verwendet werden, wobei der Glasfaserbasisabschnitt
an die Isolierung oder das Plattenprodukt gebunden ist und der Oberflächenabschnitt
aus gebundenen Zelluloseazetatfasern freiliegt.
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Beispiel 3–8
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Feuerbeständige Matten und Matten mit
einer verringerten Durchlässigkeit
werden hergestellt durch Verwendung eines feuerfesteren Materials
für den
Oberflächenabschnitt.
In diesem Beispiel war die Vorgangsweise ähnlich zu jener, die in Beispiel
1 verwendet wurde, mit der Ausnahme, dass das Bindemittel wässrige Akrylharze
waren und Glimmerflocken mit einer anderen durchschnittlichen Partikelgröße zu diesem
wässrigen
Bindemittel in anderen Konzentrationen hinzugefügt wurden, um Bindemittelmassen
zu bilden, mit denen zweilagige Matten mit unterschiedlichen Dicken
des Oberflächenabschnittes
hergestellt wurden, wodurch Matten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten
hergestellt wurden. Zuerst wurde eine Kontrollmatte mit einem Flächengewicht
von etwa 1,55 Pfund pro 100 Quadratfuß (7.04 Gramm/Quadratfuß) hergestellt
durch Dispergieren von 0,5 Inch langen H 117 Glasfasern mit einem
Durchmesser von 10 Mikron in dem Siebwasser und Verwenden eines
wässrigen
Akrylharzbindemittels, zum die Matte zu sättigen. Aus reichend Akrylharzbindemittel blieb
in der nassen Matte, um in der getrockneten und vulkanisierten Matte
einen LOI-Wert von etwa 25 Gewichtsprozent herzustellen. Das wässrige Akrylharzbindemittel
enthielt wässriges
Akrylharz 26138 von B. F. Goodrich und ein Vernetzungsmittel, wie
z. B. etwa 5– 25
Gewichtsprozent Harnstoff-Formaldehyd oder Melamin-Formaldehyd, und
wurde mit Siebwasser auf einen Feststoffgehalt von etwa 25 Gewichtsprozent
verdünnt,
wobei Siebwasser von der Nassmattenvorrichtung verwendet wurde,
die verwendet wurde, um den Basisabschnitt der Matte zu bilden.
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Nachdem eine Mattenkontrollprobe
mit einlagiger Basis gebildet worden war, wurden F120 Glimmerflocken
mit einer mittleren Partikelgröße von 405
Mikron zu dem Bindemittel hinzugefügt, um eine Masse mit ansteigender
Glimmerkonzentration zu bilden, um zweilagige Matten mit verschiedenen
Dicken des Oberflächenlagenabschnittes
und in der Folge ansteigenden Flächengewichten
und verschiedenen Durchlässigkeiten zu
bilden, wie folgt:
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Durch Wiederholen der oben angeführten Vorgangsweise,
wobei aber V115 Glimmerflocken mit einer mittleren Partikelgröße von 550
Mikron eingesetzt wurden, wurden die folgenden Matten und Matteneigenschaften
hergestellt:
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Beispiel 9–11
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Durch Wiederholen der oben angeführten Vorgangsweise,
aber Verändern
des Akrylharzes auf V-29 Akrylharz von B. F. Goodrich, wobei die
selbe Art von Vernetzungsmittel beibehalten wurde, durch Verwenden von
viel feineren Glimmerflocken (C1000) mit einer mittleren Partikelgröße von 26
Mikron und Verwenden einer Kombination aus 86 Gewichtsprozent 0,75
Inch langen K117 Glasfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser
von 13 Mikron und 14 Gewichtsprozent von Code 206 TEMPSTRANTM
Glasmikrofasern,
erhältlich
von Johns Manville International, Inc., wurden die folgenden Matten
und Eigenschaften hergestellt.
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Beispiel 12 Und 13
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Diese Beispiele waren ähnlich wie
Beispiel 3–8
mit der Ausnahme, dass ein Gemisch aus 87 Gewichtsprozent 0,5 Inch
K117 nassen Hackglasfasern von Johns Manville mit einem durchschnittlichen
Faserdurchmesser von 13 Mikron und 13 Gewichtsprozent Code 206 TEMPSTRANTM Mikrofasern von Johns Mansville verwendet
wurde, um die Kontrollmatte und den Basisabschnitt der zweilagigen
Matten herzustellen. Ein anderer Unterschied war, dass genug von
dem wässrigen
Akrylbindemittel in der Matte zurückblieb, um einen LOI-Wert von etwa 35
Gewichtsprozent herzustellen. Ein 100K Glimmerflockenprodukt mit
einer mittleren Partikelgröße von 81
Mikron wurde zu dem Bindemittel in unterschiedlichen Konzentrationen
hinzugefügt,
um verschiedene zweilagige Matten herzustellen. In diesen Beispielen
wurde das Flächengewicht
der Matte auf 8+/–0,25
gehalten, indem das Gewicht der Glasfasern und des Bindemittels
im Basisabschnitt der Matte in einer Menge verringert wurde, die ähnlich dem
Flächengewicht
der Glimmerflocken und des Bindemittels im Oberflächenabschnitt
der zweilagigen Matte war:
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Beispiel 3–13 zeigen, dass diese Erfindung
verwendet werden kann, um die Durchlässigkeit von Vliesmatten wesentlich
und unter das bisherige Maß zu
verringern und mit einem feuerbeständigen Material, wodurch eine
feuerbeständige
Matte mit zwei oder mehr Lagen auf eine neuartige, bequeme und wirtschaftliche Weise
hergestellt wird. Viele andere Kombinationen von Materialien und
zweilagigen Produkten oder Produkten, die zweilagige Matten enthalten,
die unter Verwendung dieses neuartigen Verfahrens hergestellt werden, bieten
sich dem Fachmann an. Durch Verwendung eines wässrigen Harzbindemittels im
B-Zustand, wie z. B. wässriges
Melamin-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd oder Furfurylalkohol-Formaldehyd-Bindemittel
an Stelle von Akryl- oder anderen Harzen, die oben erwähnt wurden,
und indem die Matte während
des anfänglichen
Vulkanisierens in einen B-Zustand gebracht wird, können die
entstehenden zweilagigen Matten später heißgeformt werden, um eine dreidimensionale
Form herzustellen und die Vulkanisierung des Harzbindemittels abzuschließen. Mit
ausreichendem Heißformdruck
wird die Durchlässigkeit
der Matte wesentlich weiter verringert als jene der Matten von Beispiel
3–13.
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Die zweilagigen Matten können mit
jedem bekannten feuerbeständigen
Klebstoff an ein brennbares Material, wie z. B. ein Holzprodukt,
wie z. B. Hartfaserplatte, Holzspanplatte, Platten aus orientierten
Strängen oder
Sperrholz, gebunden werden, wobei der Körperabschnitt der Matte gegen
das brennbare Material angeordnet wird und der Glimmeroberflächenabschnitt
freiliegt, durch Heißpressen
bei einer geeigneten Temperatur, um das Bindemittel oder den Klebstoff
vollständig
zu vulkanisieren, und mit einem Druck, der ausreichend ist, um die
zweilagige Matte zur gewünschten
Form der Matte zu formen. Diese zweilagige Mattendeckschicht erhöht die Zeit,
die es dauert, bis Feuer im Wesentlichen durch das brennbare Material
brennt, und ermöglicht, dass
weniger teure Materialien die Feuercodetests bestehen, die sie sonst
nicht bestehen würden.
Die zweilagigen Matten der vorliegenden Erfindung können auch
als Deckschichten für
Isolierungsmaterialien, wie z. B. Glasfasern, Mineralwolle, Keramikwolle
usw., und erhöhen
auch die Feuerbeständigkeit
und Festigkeit jener Materialien, insbesondere von Glasfaserisolierungen.
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An Stelle von Glimmerflocken können auch
rohe oder abgeblätterte
Vermikulitpartikel, rohe oder expandierte Perlitpartikel, feuerfeste
Mikrobälle,
roher oder expandierter Ton und andere feuerfeste Pulver verwendet
werden, um feuerbeständige
Mattendeckschichten herzustellen. Es kann auch Melamin-Formaldehyd-Harzbindemittel
an Stelle des Furfurylalkohol-Formaldehydharzes verwendet werden.
Eine Schleifoberfläche
kann durch Verwendung von Schleif partikeln oder -fasern hergestellt
werden, um den Oberflächenabschnitt
zu bilden.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung im Detail offenbart worden sind, gelten andere Ausführungsformen
im Rahmen der beschriebenen Erfindung und mit anderen funktionellen
Zusatzstoffen, die Fachleuten bekannt oder offensichtlich sind,
als Teil der vorliegenden Erfindung und sollen in der nachfolgend
beanspruchten Erfindung eingeschlossen sein.