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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an Glasfasermatten,
die als Verstärkungen
in thermoplastischen Verbundstoffmaterialien verwendet werden.
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Verbundstoffe
aus Glasfaserverstärkungen
und thermoplastischen Matrixmaterialien können durch verschiedene Formtechniken
sowie Kompressionsformpressen oder Prägung gebildet werden. Die entstehenden
Verbundstoffe können
in einer großen
Vielzahl von Produkten, bei denen eine Kombination von Stärke und leichtem
Gewicht erwünscht
ist, verwendet werden.
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Die
Anordnung und Art der Verstärkung
betrifft die physikalischen Eigenschaften der Verbundstoffe wie
Bruchfestigkeit, Biegefestigkeit und Aufprallverhalten wesentlich.
Bevorzugte Verstärkungsanordnungen können beträchtlich
für verschiedene
Formprozesse und Formbedingungen variieren. Ein bekanntes Verfahren
zur Variation der physikalischen Anordnung einer Matte durch Nadeln.
Nadeln hat bestimmte Wirkungen auf eine Matte, die für hoch fliessende
thermoplastische Laminierungsanwendungen vorteilhaft sind. Diese umfassen
das Verdichtungen der Matte, um die Mattenstärke zu erhöhen, Veränderungen des Lofts und Aufbrechen
und Öffnen
der Glasfaserbündel
in individuelle Filamente. Das Aufbrechen und Öffnen bewirkt eine Verbesserung
der Fähigkeit
der Glasfaserverstärkung,
mit dem polymeren Matrixmaterial zusammen zu fließen, wenn
das Laminat geformt wird. In anderen Worten, die Glasfaserverstärkung hat
genügend
Beweglichkeit, um während
des Formprozesses in die Merkmale des geformten Produktes eingebracht
zu werden. Dieses verbessert wiederum die Erscheinung der geformten
Verbundstoffprodukte. Jedoch sind die bekannten Nadeltechniken nicht
in der Lage, eine Optimierung all dieser Faktoren in einer einzigen
Matte zu erreichen. Das Nadeln von nur einer Seite einer Matte ist
gut für
das Verstärken
der Matte, aber es ist schwierig, ein ausreichendes Öffnen der
Matte für
einen verbesserten Fluss ohne übermäßiges Durchstechen
der Matte und ohne Verzicht der Stärke zu erreichen.
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Vom
Nadeln einer Glasfasermatte ist bekannt, dass es aus der ursprünglichen
Oberfläche
der Matte herausragende Faserspitzen erzeugt. U.S. Patent Nr. 4,335,176 (Baumann)
offenbart das Nadeln einer Glasfasermatte durch seine Dicke von
einer Seite, wobei eine Seite der Matte mehr Faserspitzen als die
andere Seite aufweist. Der Unterschied wird durch die Orientierung
der Wiederhaben auf den Nadeln erzeugt. Da die Matte von einer Seite
genadelt wird, ist die Anzahl der Nadelstiche über die gesamte Matte notwendigerweise einheitlich.
Das Patent offenbart das Zusammenbringen zweier dieser Matten zur
Laminierung.
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U.S.
Patent Nr. 4,885,205 (Wahl et.al.) offenbart das symmetrisches Nadeln
einer Matte von beiden Seiten, um die Eindringtiefe der Nadeln zu
reduzieren. Aufgabe ist es, das Erscheinungsbild des Laminats durch
Verringerung der Höhe
der Faserspitzen über
der ursprünglichen
Mattenoberfläche,
die durch das nadeln bedingt ist, zu verbessern. Der Schwerpunkt
der Offenbarung liegt auf dem symmetrischen Nadeln auf beiden Seiten
sowohl in der Nadeleindringtiefe wie auch Nadeleindringdichte. Während einige
Verbesserungen mit diesem Ansatz möglich sind, hat es sich unter
Verwendung von Matten, die nach dem Verfahren des Patents hergestellt
wurden, als schwierig erwiesen, Bruchfestigkeit mit gutem Erscheinungsbild
des geformten Produkts in Einklang zu bringen.
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U.S.
Patent Nr. 5,580,6446 (Jansz et. al) offenbart das Nadeln einer
Matte auf beiden Seiten, wobei sich die Nadeltiefe oder Nadelart
von einer Seite zur anderen unterscheidet. Die Nadeleinstichdichte
ist auf beiden Seiten die gleiche. Die asymmetrischen Matten, die
so hergestellt werden, sind dahingehend vorgesehen, paarweise laminiert
zu werden. Wenn hoch fließende
Eigenschaften durch dieses Verfahren erzeugt werden, hat man herausgefunden,
dass das Loft für
einige Anwendungen höher
als erwünscht
ist.
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Es
wäre wünschenswert,
wenn bestimmte Eigenschaften einer Glasfasermatte für eine verbesserte Leistungsfähigkeit
thermoplastischer Verbundstoffausformung mit weniger Kompromissen
bei anderen wünschenswerten
Eigenschaften, wie sie mit dem Stand der Technik in Verbindung gebracht
werden, verbessert werden könnten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Man
hat nun herausgefunden, dass eine Glasfasermatte, die zur Verwendung
in der Verstärkung
thermoplastischer Verbundstoffe vorgesehen ist, mit einer überraschend
vorteilhaften Kombination von Eigenschaften mittels einer neuen
Nadelanordnung zur Verfügung
gestellt werden kann. Die Matten der vorliegenden Erfindung haben
eine einzigartige Kombination aus guter Stärke, kontrolliertem Loft und
einem gesteigertem Grad an Öffnung
für den
Fluss während
der Formung. Von dieser Kombination vorteilhafter Eigenschaften wurde
herausgefunden, dass sie durch das Nadeln der Matte von beiden Seiten
erhältlich
ist, wobei sich die Nadeldichte (z. B. die Anzahl der Nadeleinstiche
pro Fläche
der Mattenoberfläche)
auf einer Seite der Matte von der anderen Seite der Matte unterscheidet.
Der Unterschied in der Nadeldichte kann abhängig von der gewünschten
Wirkung und den Details von einer jeweiligen Mattenkonstruktion
und dem Nadelvorgang variieren. Jeder nennenswerte Unterschied kann
signifikant sein, aber generell werden signifikante Vorteile beobachtet,
wenn die Nadeleinstichdichte auf einer Seite die auf der anderen
Seite der Matte um mehr als 5 Prozent, vorzugsweise mehr als 10
Prozent übersteigt.
Besonders gute Resultate sind durch die Erfinder mit bevorzugten
käuflichen
Mattenausführungen
erreicht worden, wenn die Nadeldichte auf einer Seite der Matte mindestens
20 Prozent größer als
auf der anderen Seite der Matte ist. Wahlweise können weitere Variationen bei
den Nadelparametern von einer Seite zur anderen verwendet werden,
wie der Nadeltyp und/oder die Nadeleindringtiefe, um weitere Verteinerungen
an der Matte vornehmen zu können.
Es ist besonders vorteilhaft, die Nadeleindringtiefe in Verbindung
mit der Nadeldichtedifferenz zu variieren. Die Kombination des Nadelns bei
relativ tiefem Eindringen bei relativ geringer Dichte auf einer
Seite und des Nadelns bei relativ geringem Eindringen bei relativ
hoher Dichte auf der anderen Seite hat sich als besonders vorteilhaft
herausgestellt, um verbesserte Öffnungen
der Mattenstruktur ohne unangemessenen Verlust an Stärke zu erreichen.
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Nach
dem Nadeln kann die Matte mit thermoplastischem Harz Laminiert werden,
um ein pressbares Verbundstoffblatt in üblicher Weise zu formen. Im
Gegensatz zu einigem Stand der Technik Ungleich dem Stand der Technik,
ist es nicht notwendig, bei der vorliegenden Erfindung zwei verstärkte Matten
zu verwenden.
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Andere
Eigenschaften, die im Allgemeinen bei Glasfaserverstärkungen
nachgesucht werden, umfassen gute Permeabilität zur Imprägnierung durch thermoplastisches
Matrixmaterial und die Fähigkeit,
Verbundprodukte mit guter Oberflächenglätte und
mechanischen Eigenschaften wie Zug-, Biege- und Druckfestigkeit, zug-
und biegefestes Modul und Steifheit zu erzeugen. Diese wünschenswerten
Eigenschaften brauchen nicht geopfert werden, um die Vorteile der
vorliegenden Erfindung zu erhalten.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung betrifft glasfaserverstärkte Matten, für welche
allgemeine Herstellungstechniken im Stand der Technik wohl bekannt
sind. Die in den Matten der vorliegenden Erfindung verwendeten Glasfasern,
sind solche, die allgemein auf dem Gebiet verwendet werden. Die
folgende Beschreibung der Faserbildungs- und Mattenbildungsvertahren
sind lediglich Beispiele von Verfahren, die für diese Schritte verwendet
werden können,
und werden lediglich zum Zwecke der Vollständigkeit der Offenbarung des
besten Verfahrens zur Ausführung
dieser Erfindung mitumfasst. Zusätzliche
Informationen in Bezug auf diese herkömmlichen Aspekte der Erfindung
sind in K. Loewenstein, The Manufactoring Technology of Continous
Glass Fibres, 3. Aufl. (1993) zu finden.
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Die
Matte besteht aus Fasern aus bekannten Glaszusammensetzungen, die
auf Oxiden wie Kieselsäure
basieren, die selektiv mit anderen Oxid- und nichtoxidischen Verbindungen
modifiziert wurden. Nützliche Glasfasern
können
aus jeder Art faseriger Glaszusammensetzungen gebildet werden, die
den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind und umfassen solche,
die aus faserigen Glaszusammensetzungen hergestellt werden, die
allgemein als „E-Glas", „A-Glas", „C-Glas", „D-Glas", „R-Glas", „S-Glas" bekannt sind sowie
E-Glasderivate, die Fluor-frei und/oder Bor-frei sind. Die meisten
verstärkenden
Matten umfassen Glasfasern, die aus E-Glas gebildet sind. Solche
Zusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung der Glasfilamente
daraus sind den Fachleuten wohl bekannt und eine detailliertere
Beschreibung ist nicht notwendig. Weitere Information ist in Loewenstein
(s.o.), Seiten 30 – 44,
47 – 60,
115 – 122
und 126 – 135
zu finden, die hiermit durch Referenz aufgenommen werden.
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Kommerziell
produzierte Glasfasern allgemein haben nominale Filamentdurchmesser
im Bereich von 5.0 bis ca. 35.0 Mikrometer und am meisten hergestellten
E-Glasfasern habe nominale Filamentdurchmesser von 9.0 bis 30.0
Mikrometer. Die vorliegende Erfindung kann jegliche der kommerziell
erhältlichen
Fasern, die für
die Fabrikation zu Matten geeignet sind, einsetzen. Für weitere
Information in Bezug auf nominale Filamentdurchmesser und Bezeichnungen
der Glasfasern siehe Loewenstein ( s.o.) auf Seite 25, welches hiermit
durch Referenz aufgenommen wird.
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Die
Glasfasern sind konventionell auf mindestens einem Teil ihrer Oberflächen mit
einer leimenden Mischung beschichtet, die auf Verträglichkeit
mit dem polymeren thermoplastischen Matrixmaterial hin ausgewählt ist.
Die leimende Zusammensetzung erleichtert das Durchnässen und
Durchdringen des Matrixmaterials auf den Fasersträngen und
unterstützt
das Erreichen der erwünschten
physikalischen Eigenschaften in dem Verbund. Beispiele von leimenden
Zusammensetzungen sind in den U.S. Patenten Nr. 3,997,306 und 4,305,742
des Anmelders offenbart, welche hiermit durch Referenz aufgenommen
werden. Eine andere kommerziell verwendete leimende Zusammensetzung
umfasst ein Polyepoxid wie EPON® 880
und ein wärmehärtendes
Polyestermaterial wie RD-847A Polyesterharz in einem Verhältnis von
1:1 bis zu ungefähr
6:1 auf einer Gesamtgewichtsbasis der polymeren filmbildenden Materialien,
und kann auch PVKK – 30
Polyvinylpyrrolidon, EMERY® 6717 teilweise amidiertes
Polyethylenimin Schmiermittel, EMULPHOR EL-719 polyoxyethyliertes Pflanzenöl, IGEPAL
CA-630 ethyloxyliertes Oktylphenoloxyethanol, PLURONICTMF
-108 Polyoxypropylen – Polyoxyethylen – Copolymer,
SAG 10 Antischaummaterial und A-174 funtionelles Organosilankopplungsmittel enthalten.
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Die
leimenden Verbindungen, die hier verwendet werden, sollten mit thermoplastischen
Matrixmaterialien verträglich
sein. Nicht einschränkende
Beispiele geeigneter polymerer filmbildender Materialien, die in
einer leimenden Zusammensetzung verwendbar sind, die mit einem thermoplastischen
Matrixmaterial verträglich
sind, umfassen thermoplastische Vinylacetatmaterialien, thermoplastische
Polyesterer, Acrylsäurepolymere,
Polyamide, Polyolefine, thermoplastische Polyurethane, Vinylpolymere,
Derivate und Mischungen davon.
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Für die Verwendung
als filmbildende Komponente einer leimenden Verbindung nützliche
Acrylsäurepolymere
umfassen Polymere oder Copolymere von Monomeren wie Acrylsäure; Methacrylsäure; Ester
dieser Säuren
wie Ethyl-, Propyl- und Butylacrylate und Methacrylate; Polyglycidylacrylate
und Methacrylate; Acrylamide; Acrylnitrile; und Copolymere mit ungesättigten
Vinylverbindungen wie Styrol oder Vinylacetat. Ein paar Beispiele
der vielen kommerziell erhältlichen
für diesen
Zweck geeigneten Acrylpolymere umfassen: FULATEX Materialien von
N. B. Fuller Co. aus St. Paul, Minnesota; RHOPLEX Acrylsäureemulsionen
von Rohm und Haas aus Philadelphia, Pennsylvania; und CARBOSET Acrylpolymere
von B. F. Goodrich Co. aus Cleveland, Ohio.
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Zur
Verwendung als filmbildende Komponente der leimenden Verbindungen
nützliche
Polyamide umfassen die VERSAMID Produkte, die von General Mills
Chemical, Inc. kommerziell erhältlich
sind. Geeignete thermoplastische Polyurethane sind Kondensationsprodukte
eines Polyisocyanats und eines hydroxylhaltigen Stoffes wie Polyol
und umfassen zum Beispiel WITCOBOND®W – 290H,
das von Witco Chemical Corp. aus Chicago, Illinois kommerziell erhältlich ist,
und RUCO 2011 L, das von Ruco Polymer Corp. aus Hicksville, New York
kommerziell erhältlich
ist.
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Für die Verwendung
als filmbildende Komponente der leimenden Verbindungen nützliche
Polyolefine umfassen Polypropylen- und Polyethylenstoffe wie die
Polypropylenemulsion RL – 5440,
die von Sybron Chemicals aus Birmingham, New Jersey kommerziell
erhältlich
ist, und die Polyemulsion CHEMCOR 43C30, die bei Chemical Corp.
of America kommerziell erhältlich
ist.
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Allgemein
kann die Menge des polymeren Film-bildenden Materials ungefähr 10 bis
ungefähr
90 Gewichtsprozent der leimenden Zusammensetzung bezogen auf eine
Gesamtfestkörperbasis
sein, und ist bevorzugt ungefähr
60 bis ungefähr
80 Gewichtsprozent.
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Die
leimende Zusammensetzung kann zusätzlich ein oder mehrere thermoplastische
Vinylpolymere wie Polyvinylpyrrolidone in einer Menge umfassen,
welche die Verträglichkeit
des oben diskutierten polymeren Film-bildenden Materialien mit dem
duroplastischen Matrixmaterial, wenn vorhanden, nicht schädlich beeinträchtigt.
Beispiele geeigneter Polyvinylpyrrolidone umfassen PVP K-15, PVP
K-30, PVP K-60 und PVP K-90, von welchen jedes von ISP Chemicals
of Wayne, New Jersey kommerziell erhältlich ist. Das thermoplastische Vinylpolymer
ist vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 0,5 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent
der leimenden Verbindung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis
vorhanden.
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Die
leimende Zusammensetzung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Glassfaserschmiermittel, die
sich von den oben diskutierten Film-bildenden polymeren Materialien
unterscheiden. Der Begriff „Glassfaserschmiermittel,
die sich von den Filmbildenden polymeren Materialien unterscheiden" bedeutet, dass,
während
die Glassfaserschmiermittel Film-bildende Eigenschaften haben können, dass
das Glassfaserschmiermittel, das für eine bestimmte leimende Zusammensetzung
ausgewählt
wurde, sich chemisch von den polymeren Film-bildenden Materialien
unterscheidet, Bier in der gleichen Beschichtungsverbindung mit
umfasst sind.
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Nützliche
Glasfaseschmiermittel umfassen kationische, nicht-ionische oder
anionische Schmiermittel und Mischungen hiervon. Allgemein kann
die Menge an Faserschmiermittel ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent
der leimenden Verbindung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis
sein. Einige Beispiele der vielen bekannten Faserschieröle umfassen
Aminosalze von Fettsäuren
(welche beispielsweise einen Fettsäurebereich mit 12 bis 22 Kohlenstoffatome
umfassen können
und / oder tertiäre
Amine, welche Alkylgruppen mit 1 bis 22 Kohlenstoffamen aufweisen,
die mit dem Stickstoffatom verbunden sind), Alkylimidazolderivate
(wie sie aus der Reaktion von Fettsäuren mit Polyalkylenpolyaminen
gebildet werden können),
säurelösliche Fettsäureamide
(beispielsweise gesättigte
oder ungesättigte
Fettsäureamide,
welche Säuregruppen
von 4 bis 24 Kohlenstofatomen aufweisen wie Stearinsäureamid),
Kondensate einer Fettsäure
und Polyethylenimin und amidsubstituierten Polyethyleniminen wie
EMERY® 6717,
einem teilweise amidierten Polyethylenimine, das von der Henkel
Corporation kommerziell erhältlich
ist. Ein besonders nützliches
Alkylimidazolderivat ist CATION X, welches bei Rhone Poulenc aus
Princeton, New Jersey kommerziell erhältlich ist. Andere nützliche Schmiermittel
umfassen RD -1135B epoxidierten Polyester, der von Borden Chemical
aus Louisville, Kentucky kommerziell erhältlich ist, CIRRASOL 185A Fettsäureamid,
KETJENLUBE 522 teilweise carboxylierter Polyester, der von Akzo
Chemical, Inc. aus Chicago, Illinois kommerziell erhältlich ist
und PROTOLOBE HD Polyethylenemulsion mit hoher Dichte, die von Sybron
Chemicals aus Birmingham, New Jersey kommerziell erhältlich ist.
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Die
leimende Verbindung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Kopplungsmittel,
die aus der Gruppe, bestehend aus Organosilankopplungsmitteln, Übergangsmetal-Kopplungsmitteln
(wie Titan-, Zirkon- und Chromkopplungsmitteln), aminhaltigen Werner-Kopplungsmitteln
und Mischungen davon, ausgewählt
sind. Diese Kopplungsmittel haben typischerweise zwei Funktionalitäten. Mit
jedem Metal- oder Siliziumatom sind Gruppen verbunden, die mit der
Glasfaseroberfläche
sowie mit den Komponenten der leimenden Zusammensetzung reagieren
oder kompatibilisieren können.
Der Begriff „kompatibilisieren", wie er hierin in
Bezug auf Kopplungsmittel verwendet wird, bedeutet, dass die Gruppen
von der Glasfaseroberfläche
und / oder den Komponenten der leimenden Verbindung chemisch angezogen
werden, nicht aber notwendigerweise damit reagieren, zum Beispiel
durch polare, benetzende oder Lösungskräfte.
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Beispiele
geeigneter Organosilankopplungsmittel umfassen Z – 6040 Gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilan-
(kommerziell bei Dow Cornig erhältlich),
A – 187
Gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilan-,
A – 174 Gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilan- und A – 1100 Gamma-aminopropyltriethoxysilan-Kopplungsmittel (von
welchen jedes von Osi Specialties, Inc. aus Tarrytown, New York,
kommerziell erhältlich
ist).
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Die
Menge des Kopplungsmittels kann 1 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent der leimenden
Zusammensetzung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis sein. Das Organosilankopplungsmittel
kann mindestens teilweise mit Wasser vor der Anrwendung auf die
Glasfasern hydrolisiert sein.
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Vernetzende
Materialien können
auch in der leimenden Verbindung mit umfasst sein. Beispiele bekannter
geeigneter Vernetzungsmittel umfassen Melamin, Formaldehyd und Polyamide
wie die VERSAMID Produkte, die kommerziell bei General Mills Chemical,
Inc., erhältlich
sind. Die Menge an Vernetzerungsmittel liegt typischerweise bei
ungefähr
1 bis ungefähr
5 Gewichtsprozent der leimenden Verbindung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis.
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Die
leimende Zusammensetzung kann auch ein oder mehrere emulgierende
Mittel zur Stabilisierung der leimenden Zusammensetzung in Wasser
umfassen. Beispiele von geeigneten emulgierenden Mitteln oder Tensiden
umfassen Polyoxyalkylen-Blockcopolymere (wie PLURONICTM F-108
Polyoxypropylen-Polyoxyethylen Copolymer, das kommerziell bei BASF
Corporation of Parsippany, New Jersey erhältlich ist), ethoxylierte Alkylphenole
(wie IGEPAL CA-630 ethoxyliertes Oktylphenoxyethanol, das kommerziell
bei der GAF Corporation of Wayne, New Jersey erhältlich ist), Polyoxyethylenoktylphenolglykolether,
Ethylenoxidderivate von Sorbitolestern und polyoxyethylierte Pflanzenöle (wie
EMULPHOR EL-719, das kommerziell bei GAF Corp., erhältlich ist).
Die Menge des emulgierenden Mittels kann zwischen ungefähr 1 bis
ungefähr
30 Gewichtsprozent der leimenden Verbindung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis
sein.
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Die
leimende Verbindung kann auch einen oder mehrere wässrige dispergierbare
oder lösliche
Weichmacher zur Verbesserung der Flexibilität aufweisen. Beispiele geeigneter
nicht auf Wasser basierender Weichmacher, die wässrige dispergierbare Weichmacher
sind, umfassen Phtalate wie Di-n-butylphtalat; Trimelltate, wie
Trioctytrimellitat; und Adipinate wie Dioctyladipinat. Die Menge
an Weichmacher ist vorzugsweise weniger als ungefähr 5 Gewichtsprozent
der leimenden Verbindung bezogen auf eine Gesamtfestkörperbasis.
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Fungizide,
Bakteriozide und entschäumende
Materialien und organische und / oder anorganische Säuren oder
Basen in einer ausreichenden Menge, um die wässrige leimende Zusammensetzung
mit einem pH-Wert von ungefähr
2 bis ungefähr
10 bereit zu stellen, können
auch in der leimenden Zusammensetzung mit umfasst sein sein. Wasser
(vorzugsweise deionisiertes) ist in der leimenden Zusammensetzung
in einer ausreichenden Menge mit umfasst, um die Anwendung einer
im Allgemeinen einheitlichen Beschichtung auf den Strang zu erleichtern.
Die Gewichtsprozentanteile der Festkörper der leimenden Verbindung
können
allgemein bei ungefähr
5 bis ungefähr
20 Gewichtsprozent liegen.
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Eine
besondere leimende Zusammensetzung für Glasfaserstränge zur
Verstärkung
eines thermoplastischen Matixmaterials umfasst EPON® 880
EpoxyHarz und RD – 847
-A Polyesterharz als polymeres Filmbildungsmaterialien, PVP K-30
Polyvinylpyrrolidon, EMERY® 6717 teilweise amidiertes
Polyethyleniminschmiermittel, EMULPHOR EL – 719 polyoxyethyliertes Pflanzenöl, IGEPAL
CA – 630
ethoxyliertes Octylphenoxyethanol, PLURONICTM F
-108 Polyoxypropylen – Polyoxyethylen – Copolymer,
SAG 10 Entschäumungsmittel und
A – 164
and Z – 6040
functionelle Organosilan-Kopplungsmittel.
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Das
Leimen kann auf viele Arten angewendet werden, beispielsweise durch
Inkontaktbringen der Filamente mit einem statischen oder dynamischen
Applikator, wie einer Rolle oder einem Applikatorband, durch Aufsprühen oder
andere Mittel. Für
eine Diskussion geeigneter Applikatoren siehe Loewenstein (oben)
auf den Seiten 165 -172, welche hiermit durch Referenz aufgenommen
werden. Geleimte Filamente können
in Strängen
zusammengefasst werden. Die Anzahl der Filamente pro Strang kann
bei ungefähr
100 bis ungefähr
1500 liegen, typischerweise bei ungefähr 200 bis ungefähr 7000.
Für weitere
Information die Angabe der Glasfaserstränge betreffend, siehe Loewenstein
(oben) auf der Seite 27, welche hiermit durch Referenzieren aufgenommen
wird.
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Die
geleimten Stränge
können
bei Raumtemperatur oder bei erhöhten
Temperaturen getrocknet werden, um die überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen
und um jede härtbare
Leimung oder Sekundärbeschichtungszusammensetzung,
die vorhanden sein Kann, auszuhärten.
Das Trocknen der Glasfaserbildungspacken oder -kuchen ist im Detail
in Loewenstein (oben) auf den Seiten 219 – 222 diskutiert, welche hiermit
durch Referenzieren aufegenommen werden. Die auf den Filamenten
vorhandene Leimung bewegt sich üblicherweise in
einer Menge von ungefähr
0,3 Prozent bis ungefähr
1,5 Gewichtsprozent nach Trocknen.
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Obwohl
es keine bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist, kann eine Sekundärbeschichtung auf die Stränge aufgebracht
werden. Die Sekundärbeschichtungszusammensetzung
ist vorzugsweise Wasser-basierend und kann Komponenten umfassen,
die den oben diskutierten leimenden Zusammensetzungen ähnlich sind.
Die Sekundärbeschichtungszusammensetzung
kann auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Stränge in einer wirkungsvollen
Menge zur Beschichtung oder Impregnierung des Teil der Stränge aufgetragen
werden. Die Secundärbeschichtungszusammensetzung
kann konventionell beispielsweise durch Eintauchen des Stranges
in ein Bad, welches die Zusammensetzung enthält, durch Aufsprühen der
Verbindung auf den Strang oder durch Inkontaktbringem des Stranges
mit einem statischen oder dynamischen Applikator wie einer Rolle
oder Bandapplikator aufgebracht werden. Der beschichtete Strang
kann durch ein Mundstück
geführt
werden, um die überschüssige Beschichtung
von dem Strang zu entfernen und / oder wie oben diskutiert für einen
ausreichenden Zeitraum wenigstens teilweise getrocknet und die Sekundärbeschichtung
ausgehärtet
werden. Nach dem Trocknen ist es für Glasfaser, die für Matten
vorgesehen ist, üblich,
diese durch Aufspulen mehrere üblicherweise
paralleler Stränge
zu aufgespulten Packungen zusammen zu fassen.
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Vorzugsweise
werden die Matten der vorliegenden Erfindung aus Strängen gebildet,
die in diskontinuierliche Längen
gehackt worden sind. Kommerziell erhältliche Zerhacker können verwendet
werden, wie der Model 90 Zerhacker von Finn und Fram, Inc. Eine
nützliche
Vorrichtung und Verfahren zur Ausbildung einer Schicht zerhackter
Stränge
wird in Loewenstein (oben) auf den Seiten 293 – 303 offenbart, welche hiermit durch
Referenzieren aufgenmommen werden.
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Ein
antistatisches Mittel, beispielsweise ein Amin, Amid oder quaternäres Salz
wie Sojadimethyl- und Ethylammoniumethosulfat, kann auf die Filamente
oder Stränge
vor dem Deponieren auf dem Förderband
aufgetragen werden, wenn dies wünschenswert
ist.
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Die
Matte kann unter Verwendung einer Mattenbildungsvorrichtung, die
einen oder mehrere Faserstrangzulieferer umfasst wie sie auf dem
Gebiet bekannt sind hergestellt werden. Vorzugsweise umfasst der
Strangzulieferer eine Vielzahl von herstellenden- und zuliefernden
Packen, die auf einem Behälter
aufgesetzt sind. Herkömmliche
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Behälter werden
bei Loewenstein (oben) auf Seite 315 gezeigt, welche hiermit durch
Referenzieren aufgenommen wird. Die Zulieferpackungen können so
gewunden sein, dass der Strang von der Innenseite des Zulieferpackung
oder von außerhalb
der Zulieferpackung entnommen werden kann.
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Die
Matte kann mit geringen Mengen gleichlaufender Glasfasern, thermoplastischen
Fasern und / oder Geweben kombiniert werden. Der Zweck dieser zusätzlichen
Fasern ist es, eine zeitweilige Festigkeit der Matte während der
Herstellung vor der Laminierung zur Verfügung zu stellen. Die gleichlaufenden
Stränge
können von
einem Behälter
mit einer Vielzahl von Zulieferpackungen zur Ausrichtung der gleichlaufenden
Stränge
in allgemeiner paralleler und koplanarer Anordnung ausgegeben werden.
Die gleichlaufenden Stränge
und / oder Gewebe können
zwischen Schichten der Matte oder benachbart zur Oberseite oder
Unterseite der Matte wie gewünscht
positioniert werden. Die Matte der vorliegenden Erfindung kann Fasern
umfassen, die ausschließlich
Glasfasern sind, aber in einigen Fällen ist es bevorzugt, zusätzlich zu
den Glasfasern eine geringe Menge von Fasern, welche andere als
Glasfasern sind („Nicht-Glasfasern") mit zu umfassen.
Die Nicht-Glasfasern können
mit den Glasfasern in der Matte verschnitten werden oder sie können in
der Form eines Trägernetzes (z.
B. ein nicht gewebtes Gewebe), auf welche die Glasfasermatte abgelegt
wird. vorliegen. In einigen Fällen kann
die Matte auf eine Temperatur, bei welcher die Nicht-Glasfasern
mindestens teilweise schmelzen, erhitzt werden, wodurch die Mattenstruktur
zusammengebunden wird. Ein große
Vielzahl kommerziell erhältlicher
Fasern sind für
diesen Zweck geeignet, einschließlich synthetischer Polymere
wie Polyamide, Polyester, Acrylsäuren,
Polyolefine, Polyurethane, Vinylpolymere, Derivate und Mischungen
davon.
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Nicht
einschränkende
Beispiele von Polyamidfasern, die als ergänzenden Nicht-Glasfasergehalt der Matte
nützlich
sind, umfassen Nylonfasern, so wie Nylon 6 (ein Polymer des Caprolaktams,
welches einen Schmelzpunkt von ungefähr 223 °C hat) und Nylon 6,6 (ein Kondensationsprodukt
der Adipinsäure
und Hexamethylethylendiamin, das einen Schmelzpunkt von ungefähr 264 °C hat). Geeignete
Nylons sind kommerziell bei E. I. du Pont de Nemours und Company
of Wilmington, Delaware, und BASF Corp. aus Parsippany, New Jersey
erhältlich.
Andere nützliche
Polyamide umfassen Aramide wie KEVLAR, das von DuPont erhältlich ist.
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Thermoplastische
Polyestertasern, die als ergänzenden
Nicht-Glasfaser in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen solche,
die aus mindestens 85 Gewichtsprozent eines Esters eines dihydrischen
Alkohols und Terephtalsäure
wie Polyethylenterephtalat bestehen, das bezugnehmend auf Hawley' s Condensed Chemical
Dictionary (12th Ed. 1993) auf Seite 934 einen Schmelzpunkt von
ungefähr
265 °C hat.
Beispiele umfassen DRACON, das bei DuPont erhältlich ist, und FORTREL, das
bei Hoechst Celanese Corp. aus Summit, New Jersey, erhältlich ist.
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Andere
Fasern, die als ergänzende
Nicht-Glasfaser in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen solche,
die aus Acrylsäurepolymeren
wie Polyacrylnitrilen mit mindestens ungefähr 35 Gewichtsprozent Acrylnitrileinheiten,
und vorzugsweise mindestens ungefähr 85 Gewichtsprozent bestehen,
die mit anderen Vinylmonomeren, wie Vinylacetat, Vinylchlorid, Styrol,
Vinylpyridin, Acrylester oder Acrylamid copolymerisiert werden können.
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Nützliche
Polyolefinfasern bestehen im Allgemeinen aus mindestens 85 Gewichtsprozent
Ethylen, Propylen, oder anderen Olefinen.
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Fasern,
die aus Vinylpolymeren gebildet werden, die in der vorliegenden
Erfindung nützlich
sind, können
aus Polyvinychlorid, Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluorethylen
und Polyvinylalkohool gebildet werden.
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Weitere
Beispiele thermoplastischer fasertähiger Materialien, die in der
vorliegenden Erfindung nützlich
sind, sind fasertähige
Polyimide, Polyethersulfone, Polyphenylsulfone; Polyetherketone,
Polyphylenoxide, Polyphylensulfide und Polyacetate.
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Andere
ergänzende
Nicht-Glasfasern, die in der Matte vorliegen können, umfassen natürliche Fasern wie
Baumwolle oder Jute, welche als Niedrigpreis – Füllstoff dienen können, und
anorganische Fasern wie polykristaline Fasern, Keramiken, einschließlich Siliziumcarbid,
und Kohlenstoff oder Graphit. Es sollte offensichtlich sei, dass
die Nicht-Glasfasern
Kombinationen der oben beschriebenen Fasern mit umfassen können sowie Fasern,
die aus Verschnitten oder Copolymeren der oben beschriebenen Materialien
gebildet werden können.
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Die
Matte kann mit einem Klebstoff oder polymeren Bindemittelmaterial
behandelt oder beschichtet werden, um die Festigung der Matte vor
oder nach der Verwicklung zu fördern,
obwohl die Verwendung eines Bindemittels nicht bevorzugt ist. Nicht
einschränkende
Beispiele von nützlichen
polymeren Bindemitteln umfassen Polyvinylacetat, Polyester und Polypropylen.
Geeignete polymere Bindemittel können
in der Form eines Pulvers, einer Faser oder einer Emulsion, wie
gewünscht,
vorliegen. Die Bindemittel werden mit der Matte durch Anwendung
von Hitze und Druck verbunden, sowie durch das Durchführen der
Matte zwischen erhitzten glättenden
Rollen.
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Nachdem
die Matte ausgebildet worden ist, wird sie einem Nadelverfahren
ausgesetzt. Die Glasfilamente und Glasfaserstränge der Matte (ebenso wie jegliche
ergänzenden
Fasern) werden durch das Aussetzen der Matte in einem Nadelverfahren
vermischt. Das Nadeln kann unter Verwendung einer herkömmlichen Nadelvorrichtung,
wie sie in der Glasfaserverstärkungsindustrie
verwendet wird, durchgeführt
werden, wobei die Matte zwischen Nadelbrettern in Abständen durchgeführt wird.
Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung wird in dem U. S. Patent
Nr. 4,277,531 (Picone) des Anmelders offenbart, das hiermit durch
Referenzieren aufgenommen wird. Ein Beispiel einer geeignete Nadelmaschine
ist daas Model NL 9, das von der Textilmaschinenfabrik Dr. Ernest
Fehrer AG in Deutschland kommerziell erhältlich ist. Die Matte in der
vorliegenden Erfindung wird von beiden Seiten entweder durch den
zweifachen Einsatz einer einseitigen Nadelvorrichtung oder durch den
Einsatz eines doppelseitigen Nadlers genadelt. Ein besonderes Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist es, dass sich das Nadeln auf einer
Seite der Matte von dem auf der gegenüberliegenden Seite unterscheidet, wie
vollständiger
unten ausgeführt
wird.
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Bei
dem Nadelvorgang wird eine Vielzahl der auf Abstand gesetzten Nadeln
verwendet, um die Monofilamente oder Stränge der Matte zu verwickeln
oder zu verflechten, um die mechanische Stärke und Integrität der Matte
zu vermitteln. Der Nadelvorgang kann herkömmliche Nadeln verwenden, die
mit Widerhaken, die abwärts
zur Nadelspitze ausgerichtet sind, konstruiert sind, wobei Fasern
in die Matte geflochten werden, wenn die Nadel abwärts durch
die Matte stößt. Bei
dem Aufwärtshub
setzt dieser Nadeltyp die Faser im allgemeinen frei. Obwohl Nadeln
mit abwärts
gerichteten Widerhaken bevorzugt werden, ist die Verwendung umgekehrter
Nadelwiderhaken (z. B. aufwärts
gerichteter) von der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen. Obwohl
die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Nadelkonfiguration
eingeschränkt
ist, wurde die Erfindung erfolgreich mit einem konventionellen Nadeldesign
mit drei Lagen von Widerhakengruppen, die räumlich getrennt entlang des
Nadelschafts angebracht waren, wobei drei Widerhaken in jeder Gruppe
um den Schaft herum angeordnet waren, durchgeführt. Vorzugsweise bewegt sich
die Nadelstärke
in einem Bereich eines Masses von ungefähr 32 bis ungefähr 19, wobei
eine Kombination der 25er und 32er „Maß"-Nadeln
bevorzugt ist.
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Die
Begriffe „horizontal" und „waagerecht", wie sie hier verwendet
werden, beziehen sich auf eine Ebene im Allgemeinen parallel zur
Hauptebene der Matte , welche typischerweise parallel zum Grund
ist. Die Begriffe „vertikal" oder „senkrecht", „ abwärts" und „aufwärts", wie sie hierin
verwendet werden, beziehen sich auf eine Richtung, die allgemein
normal zum Horizontalen liegt. Es sollte verständlich sein, dass diese spezifischen
Richtungsbegriffe verwendet werden, um den Nadelvorgang leicht zu
beschreiben, um die übliche
Orientierung der Nadelvorrichtung wiederzugeben, und um die Richtungen
relativ zu jeder anderen zu definieren; aber diese Orientierungen
sind keine Einschränkungen
des Verfahrens.
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Bei
dem Abwärtsnadelhub
stechen die Nadeln des oberen Nadelbretts durch die Matte und in
im Allgemeinen zylindrischen Öffnungen
in einem Stützbrett,
das die Matte unterstützt.
Abhängig
von der Nadeltiefe führen
eine oder mehrere der Lagen der Widerhaken vollständig durch
die Matte und Öffnungen
des Stützbretts
hinein. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung, ist, wenn ein Drei-Lagen-Nadeldesign
verwendet wird, bevorzugt, dass mindestens zwei der Lagen der Widerhaken
durch die Matte und darüber
hinaus stoßen. Besonders
bevorzugt stoßen
alle drei Widerhakenlagen durch die Matte. Die Distanz, welche die
Nadeln über die
Matte hinaus und in die Öffnungen
des Stützbretts
stoßen,
wird als „Nadeltiefe" bezeichnet.
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Während des
aufwärts
führenden
Rückzughubs
werden die Nadeln nach Verlassen der Matte durch eine Vielzahl von üblicherweise
zylindrischen Öffnungen
in eine metallische Stripperplatte geführt, die oberhalb der Matte
während
des Nadelvorgangs unterstützt
wird. Die Filamente und Stränge
werden somit von den Widerhaken durch die Stripperplatte abgezogen,
und die Matte wird nach dem Abwärts-
und Aufwärtshub
der Nadel in der horizontalen Richtung weitergeführt.
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Das
Nadelbrett kann mit einer Häufigkeit
von ungefähr
80 bis ungefähr
3000 Hüben
pro Minute hin- und herbewegt werden (ein Hub ist eine vollständige Abwärts- und
Aufwärtsbewegung).
Der Nadler ist mit Rollen ausgestattet, um die Matte während des Nadelns
in der horizontalen Richtung vorwärts zu treiben. Bei langsamen
Frequenzen kommt es zur Weiterführung
periodisch in den Intervallen zwischen den Stößen der Nadels. Bei schnelleren
Frequenzen nähert
sich die Weiterführung
einer kontinuierlichen Bewegung an.
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Die
Länge der
Nadel und die Tiefe des Eindringens der Nadel durch die Matte während ihres
Durchgangs durch den Nadler und somit das Ausmaß, in dem die Filamente und
Stränge
in einer üblicherweise
vertikalen Richtung durch die Matte geflochten werden, bewirkt die
Schlagfestigkeit des Verbundstoffes, der die Matte als Verstärkung in
sich aufgenommen hat.
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Die
Eindringtiefe der Nadeln in die Öffnungen
der Stützplatte
bewegen sich in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 30 Millimetern.
In einem typischen Nadelprozess kann die in den Nadler eintretende
Matte eine Gesamtdurchschnittsstärke
von ungefähr
2 bis zu ungefähr
100 Millimetern haben. Nach dem Durchgang durch den Nadler kann
die Matte eine komprimierte Gesamtdurchschnittsdicke von ungefähr 2,5 bis
zu ungefähr
25 Millimetern (ungefähr
0,1 bis ungefähr
1 Inch) haben. Das Nadelverfahren wird in mehr Detail in dem U.
S. Patent Nr. 4,335,176 (Baumann) des Anmelders beschrieben, das
hiermit durch Referenzieren aufgenommen wird. Das Gewicht einer
Matte bewegt sich nach dem Nadeln in einem Bereich von ungefähr 200 bis
zu ungefähr
2000 Gramm pro Quadratmeter.
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Die
Dichte der Nadelstiche in einer Matte ist eine weitere Variable,
die die Verstärkungseigenschaften der
Matte beeinflusst. Generell kann sich die Nadeleinstichdichte in
einem Bereich von ungefähr
6 bis zu ungefähr
600 Einstiche pro Quadratzentimeter bewegen (ungefähr 40 bis
zu ungefähr
600 Einstiche pro Quadratinch). Ein besonders vorteilhaftes Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist, dass die Einstichdichte von der
einen Seite der Matte zu anderen variiert. Die Einstichdichtendifferenz
kann sich in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Eigenschaften ändern.
In der Theorie gibt es keine Minimaldifferenz, aber nennenswerte
Vorteile werden üblicherweise
realisiert, wenn die Einstichdichte auf einer Seite mindestens 5
Prozent größer als
auf der anderen ist, vorzugsweise mindestens 10 Prozent mehr. Besonders
vorteilhafte Ergebnisse sind mit besonderen Ausführungsformen der Matten mit
einer Dichtedifferenz im Bereich von 20 bis 40 Prozent erreicht worden.
Theoretisch wurde keine obere Grenze bestimmt, aber mechanische
Beschränkungen
können
es schwierig machen, Unterschiede von mehr als als ungefähr 50 Prozent
mit einem herkömmlichen
Nadler zu erreichen.
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Die
fertige Matte kann verwendet werden, um ein polymeres Matrixmaterial
zu verstärken,
um einen polymeren Verbundstoff durch jedes auf dem Gebiet bekannte
Verfahren zu bilden, zum Beispiel durch Presswerkzeug. Die Auswahl
des thermoplastischen Materials ist nicht Teil dieser Erfindung;
es kann jedes der geeigneten thermoplastischen Materialien, die
in der verstärkenden
Verbundstoffindustrie verwendet werden, eingesetzt werden. Übliche Arten
polymerer thermoplastischer Matrixmaterialien, die für diesen
Zweck verwendet werden, umfassen Polyolefine, Polyamide, thermoplastische
Polyurethane, thermoplastische Polyester, Acrylsäurepolymere, Vinylpolymere,
Derivate und Mischungen davon.
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Nicht
einschränkende
Beispiele nützlicher
Polyolefine umfassen Polyethylen, kettenverlängertes Polyethylen, Polypropylen,
Polybuten, Polyisopren und Polypenten, Polymethylpenten, Polytetrafluorethylen
und Neopren.
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Nützliche
Polyamide umfassen Nylon wie Nylon 6 ( ein Polymer des Caprolactams),
Nylon 12 (welches aus Butadien hergestellt werden kann), Nylon 66
(ein Kondensationsprodukt der Adipinsäure und Hexamethylendiamin),
Nylon 10 und Nylon 12, wie sie kommerziell von DuPont erhältlich sind.
Andere Beispiele von nützlichen
Polyamiden umfassen Polyhexamethylenadipamid und Aramide wie KEVLAR,
das kommerziel von DuPont erhältlich
ist.
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Geeignete
thermoplastische Polyurethane sind Kondensationsprodukte eines Polyisocyanatmaterials und
eines hydroxylhaltigen Materials wie Polyol und umfassen zum Beispiel
ESTANE- und TEXIN- Polyurethane, die kommerziell von B. F. Goodrich
aus Toledo, Ohio und Bayer erhältlich
sind.
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Thermoplastische
Polyester, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen Polyethylenterephtalat
und Polybutylenterephtalat. Acrylsäurepolymere, die in der vorliegenden
Erfindung nützlich
sind, umfassen Polyacrylate, Polyacryamide und Polyacrylnitrile
wie Nitrilgummi, ein.
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Nützliche
Vinylpolymere umfassen Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinyfluorid,
Polyvinylidenfluorid, Ethylenvinylacetat – Copolymere wie ELVAX, das
kommerziell von DuPont erhältlich
und Polystyrole.
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Thermoplastische
elastomere Materialien, die als Matrixmaterial in der vorliegenden
Erfindung nützlich sind,
umfassen Styrolbutadiengummis, Styrolacrylnitril – Copolymere,
wie LUSTRAN, das kommerziell von Monsanto aus St. Louis, Missouri
erhältlich
ist, Styrolbutadien-Styrol – Copolymere
und Acrylnitrilbutadien – Styrol – Copolymere
wie CYCOLAC oder BLENDAX, welche kommerziell von GE Plastics aus
Pittsfield, Massachusetts, erhältlich
sind.
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Weitere
Beispiele nützlicher
thermoplastischer Materialien umfassen Polyimide, Polyethersulfone,
Polyphenylsulfone, Polyetherketone, Polyphenylenoxide, Polyphenylensulfide,
Polyacetate, Polyvinylchloride und Polycarbonate. Ebenso mitumfasst
als geeignete thermoplastische Materialien sind alle der oben genannten
Thermoplasten, die durch eine ungesättigtes Monomer modifiziert
sind.
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Andere
Komponenten, die in dem polymeren Matrixmaterial und der verstärkenden
Matte in dem Verbundstoff mitumfasst sein können, sind beispielsweise Farbmittel,
Pigmente, Schmiermittel oder Prozesshilfen, ultraviolette Lichtstabilisatoren,
Antioxidantien, andere Füllstoffe
und Streckmittel.
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Die
Matte und das polymere Matrixmatrial kann in einen Verbundstoff
durch eine Vielzahl von Verfahren geformt werden, welche in Übereinstimmung
mit dem Typ des verwendeten polymeren Matrixmaterials und anderen
Faktoren variieren kann. Thermoplastische Verbundstoffe können durch
zuerst das Zusammenfügen eines
Laminats der Matte und des thermoplastischen Materials und dann
durch Presswerkzeug oder durch Prägung des Laminates gebildet
werden. Um das Laminat zu bilden, kann das thermoplastische Material
in die Matte imprägniert
werden, und danach kann die imprägnierte
Matte in einem Ofen, wie einem herkömmlichen kontinuierlichen Ofen
bei einer Temperatur von ungefähr
190 °C bis
300 °C für ungefähr 7 Minuten
erhitzt werden. Das Laminat kann in eine Form überführt werden und unter Druck
auf eine Temperatur, die mit dem ausgewählten Harz variieren kann,
erhitzt werden. Für
Polypropylen kann beispielsweise die Ausformungstemperatur ungefähr 65 °C sein. Der
Druck zur Formung solcher Laminate kann ungefähr 14 Megapascal sein. Ein Fachmann
auf dem Gebiet würde
verstehen, dass Laminierungs- und Ausformtemperaturen und Druck
in Übereinstimmung
mit den Dimensionen und der Struktur des Verbundstoffes der gebildet
wird, und dem jeweiligen thermoplastischen Matrixmaterial variiert.
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Ein
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung einer Matte, die adaptiert ist, ein polymeres
Matrixmaterial zu verstärken,
bedingt eine Imprägnierung
mit einem thermoplastischen Matrixmaterial wenigstens eines Teils
einer Matte, die wie oben beschrieben asymmetrisch genadelt worden
ist. Das thermoplastische Matrixmaterial wird auf eine geeignete
Temperatur erhitzt, um die Matte zu durchdringen und wird auf Umgebungstemperatur
abgekühlt,
um einen verstärkten
thermoplastischen Verbundstoff zu erhalten. Dieser Verbundstoff
kann anschließend
durch Prägung
oder andere Pressvorgänge,
wie sie auf dem Gebiet bekannt sind, geformt werden.
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Das
Folgende ist ein Beispiel einer Matten, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde, die auf Leistungseigenschaften mit einer kommerziell
erhältlichen
Matte verglichen wird, von der angenommen wird, dass sie durch ein
einheitliches, doppelseitiges Nadelvertahren wie es im U. S. Patent
4,885,205 (Wahl et al.) offenbart wird, hergestellt wurde.
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Beispiel 1
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Eine
Matte wurde aus zerhacktem Glasfaserstrang hergestellt, der aus
Herstellpackungen in einer herkömmlichen
Mattenbildungsmaschine wie oben beschrieben zugeführt wurde.
Zerhacken mit langen Messern wurde verwendet, um die zerhackten
Stränge
von ungefähr
2 Inches ( 5.08 Zentimeter) Länge
zu produzieren. Die zerhackten Stränge wurden auf einen Träger nicht-gewebten
Polypropylengewebes gelegt. Die Matte war auf der oberen Seite (gegenüber vom
Träger)
wie folgt genadelt:
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- Elf Reihen aus 32er Maß Filzstoffnadeln
auf der Zuführseite.
- Siebenundzwanzig Reihen aus 25er Maß Filzstoffnadeln auf der Ausgangsseite.
- Nadeldichte: 42 Stiche / cm2 (270 Stiche
/ In2 ).
- Nadeltiefe: 11,43 Millimeter (0,45 Inch).
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Nadelbedingungen
auf der Rückseite
waren wie folgt:
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- Elf Reihen aus 32er Maß Filzstoffnadeln
auf der Zuführseite.
- Siebenundzwanzig Reihen aus 25er Maß Filzstoffnadeln auf der Ausgangsseite.
- Nadeldichte: 57 Stiche / cm2 (342 Stiche
/ In2 ).
- Nadeltiefe: 10,16 Millimeter (0,40 Inch).
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Die
genadelte Matte hatte folgende physikalische Eigenschaften: Mattengewicht
von 83.63 Gramm pro Quadratfuß (Durchschnitt
von acht Proben von je einem Quadratfuß), Loft von 6.35 Millimeter
(Durchschnitt von acht Proben), Bruchfestigkeit in der Maschinenrichtung
von 37.9 Newton (Durchschnitt von zehn Proben) und Bruchfestigkeit
in der querlaufenden Richtung von 24.5 Newton (Durchschnitt von
zehn Proben). Mattenloft wurde als die Höhe der Matte gemessen, wenn
ein 2.25 Kilogramm Gewicht auf einer einen Quadratfuß großen Fläche der
Matte abgestellt wurde. Bruchfestigkeit wurde mit einem 3 Inch (7.6
Zentimeter ) mal 9 Inch (22.9 Zentimeter ) großen Probekörper in seiner Längsdimension
mit einem Chatillon Kraft-Testmessgerät, Model UTSM mit einem 6.5
Inch Abstand gemessen.
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Vergleichstest
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Die
Laminatleistung der Matte von Beispiel 1 wurde mit einer kommerziell
erhältlichen
Matte von BASF verglichen, die mit dem Produktcode B100F40 gekennzeichnet
ist. Von der kommerziellen Vergleichsmatte wird angenommen, dass
sie auf beiden Seiten mit symmetrischem Nadeln auf beiden Seiten,
wie es in dem Verfahren in dem U. S. Patent 4,885,205 beschrieben
wird, genadelt wurde. Verbundstofflaminate wurden Matten des Beispiels
1 und den Vergleichsmatten mit der gleichen Konstruktion und den
gleichen Laminierprozesschritten hergestellt. Jedes Laminat war
ein alternierendes „Sandwich" zweier Matten und
drei Folien Polypropylen von Borealis Industries AB. Jedes Verbundstofflaminat
wurde den Leistungstests mit den folgenden Ergebnissen unterzogen.
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Rippenstärken-, Rippenfüllungs-,
und Rippenfüllungverttältnistests
wurden auf einer regulären
12,5 Inch mal 12,5 Inch großen
Plattenpressmaschine ausgeführt.
Die Platte umfasste eine 1,5 Inch große und 0,125 Inch dicke Rippe,
welche senkrecht von der Ebene der Platte zu dem Mittelpunkt der
vollen 12,5 Inch Länge
der Platte läuft.
Vier Rippenplatten wurden für
jeden Versuch geformt. Nach dem Ausformen der Platten wurde die
Biegefestigkeit in Übereinstimmung
mit ASTM D790 getestet, deren Ergebnisse oben als „Rippenstärke" berichtet werden.
Dann wurden die Rippen aus jeder Platte ausgeschnitten und weiteren
Tests unterzogen. Jede Rippe wurde in Längsrichtung in drei 0,5 Inch
große
Streifen geschnitten, welche die distale Kante der Rippe (die „Spitze"), den Mittelpunkt
der Rippe und den Boden der Rippe (am nächsten zu der Hauptebene der
Platte) repräsentieren.
Die Gewichtsprozente des Glases in jedem Streifen wurde durch Harzausbrennen bestimmt.
Der Glasgehalt des Spitzenstreifen wird oben als „Rippenfüllung in
der Spitze" bezeichnet.
Auch wird oben das Verhältnis
von Glasgehalt in dem Spitzenstreifen zum Bodenrippenstreifen aufgelistet.
(„Rippenfüllung, Spitze/Boden"). Die höhere Rippenstärke, Rippenfüllung in
der Spitze und die Werte des Spitze/Boden-Verhältnisses für Beispiel 1 im Vergleich zur
kommerziellen Matte, zeigen einen verbesserten Fluß mit der Matte
der vorliegenden Erfindung.
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Auf
andere Variationen und Modifikationen, wie sie Fachleuten auf dem
Gebiet bekannt sind, kann innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie
sie durch die folgenden Ansprüche
definiert wird, zurückgegriffen
werden.
