DK169699B1

DK169699B1 - Armeringsfibre og fremgangsmåde til fremstilling deraf

Info

Publication number: DK169699B1
Application number: DK081590A
Authority: DK
Inventors: Anders Staf Hansen
Original assignee: Danaklon As
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1995-01-16
Also published as: CZ277749B6; DK514687D0; GR890300155T1; PT88613A; PH24341A; IL87831A; IE61332B1; KR960000788B1; AU2544188A; IN172063B; MX13223A; IE882861L; JP2688434B2; KR890701806A; PT88613B; HK46296A; GR3005187T3; DE310100T1; IS1543B; EP0310100B1

Description

i DK 169699 B1

Den foreliggende opfindelse angår fiberarmerede kompositmaterialer, partikelholdige armeringsfibre af polyolefin og fremgangsmåder til fremstilling af fibrene.

Forskellige typer fibre har været anvendt i mange år til armering af 5 uorganiske og organiske kompositmaterialer. Ét eksempel på en type fiber, der tidligere blev anvendt i stor udstrækning, er asbestfiberen, hvis anvendelse imidlertid har været begrænset i de senere år på grund af denne fibers sundhedsfare. Forskellige typer plastfibre har også været anvendt i stor udstrækning. Især har fibre fremstillet 10 ud fra polyolefin vist sig at være nyttige, fordi de kan fremstilles nemt og billigt og giver de pågældende kompositmaterialer fordelagtige armeringsegenskaber.

I visse tilfælde har det været vanskeligt at fordele polyolefinfibre-ne jævnt i matrix-materialet, og fastgørelsen af det glatte polyole-15 finmateriale i matrix-materialet har ikke været tilfredsstillende.

Forskellige forskere har påvist, at inkorporering af fine partikler i polyolefinmassen, der udgør fibrene, resulterer i fibre, der er nemmere at dispergere, og som klæber meget godt til matrix-materialet, sandsynligvis på grund af huller og udbulinger og andre ujævn -20 heder på fiberoverfladen som et resultat af tilstedeværelsen af partiklerne ved overfladerne. Eksempler på en sådan partikelinkorporering er givet af Ellis i EP 0 026 581 og af Firth i EP 0 006 318, hvor der anvendes et partikelindhold på højst 10 vægtprocent af den totale fibervægt i plastfibre til armering af formede genstande 25 baseret på fx cement.

EP-A1-0.024.539 beskriver polyolefinfibre til anvendelse som armeringsfibre i materialer baseret på cement, hvor fibrene indeholder 5-80 vægtprocent, baseret på polyolefinvægten, af cementpartikler med en partikelstørrelse på mindre end 90 pm.

30 US 4.132.556 beskriver polyolefinfibre til armering af cementbaserede materialer, hvor fibrene indeholder 0,5-30 vægtprocent af magnesium-holdige silikater og oxider i form af et meget fint- pulver.

DK 169699 Bl 2

Chemical Abstracts, Vol. 92 (1980), abstract 98556h, Cement-reinforcing fibers, Nakamura, Osamu; Konishi, Ryuji (Kubota Ltd.), Jpn.

Kokai Tokkyo Hoho 79, 131, 028, beskriver fremstilling af fibre ud fra polypropylen med 5-50% nåleformet gips. Fibrene blev anvendt til 5 fremstilling af en cementplade med forbedret bøjnings s tyrke i forhold til en plade uden fibre.

Den foreliggende opfindelse angår polyolefinfibre, hvor en høj koncentration af partikler (væsentligt over 10% beregnet på den totale vægt af fibrene og partiklerne) er til stede, men med i det væsent-10 lige ingen af partiklerne synlige ved fiberoverflader. På grund af de særlige egenskaber, der herved gives fibrene, dispergeres fibrene nemt i matrix-materialet og bliver udmærket fastgjort deri. Desuden giver fibrene meget fordelagtige egenskaber med hensyn til styrke og fleksibilitet til de matrix-materialer, hvori de findes, sammenlignet 15 med materialer, der er armeret med konventionelle polyolef inf ibre.

Dette er på trods af den kendsgerning, at fibrene i sig selv ikke viser nogen forbedrede egenskaber i forhold til de konventionelle polyolef inf ibre med hensyn til styrke og bøjningsegenskåber.

Den foreliggende opfindelse angår især armeringsfibre, der er frem-20 stillet ved fibrilering af en film, og som er lavet af polyolefin eller polyolefinderivater, hvilken fiber er ejendommelig ved, at den har en tykkelse på 10-100 μα og indeholder uorganiske partikler valgt blandt kridt, talkum, siliciumdioxid, glimmer, bariumsulfat, glas og T1O2 og andre farvemidler, idet partiklerne har en størrelse på 1-10 25 μα og er til stede i fiberen i en mængde på mindst 12 vægtprocent beregnet på den totale fibervægt, hvilke partikler er indlejret i polyolefinen eller polyolefinderivatet med i det væsentlige ingen af partiklerne synlige på fiberoverflader.

De uorganiske partikler inkorporeres fortrinsvis i en mængde på 30 mindst 15 vægtprocent såsom mindst 17 vægtprocent baseret på armeringsfibrenes totale fibervægt. De uorganiske partikler inkorporeres især i en mængde på 17 vægtprocent beregnet på den totale fibervægt.

Armeringsfibrene kan fremstilles ved en fremgangsmåde, der er ejendommelig ved, at den omfatter følgende trin: > 3 DK 169699 B1 fiberkomponenterne, der er i form af en plastisk masse, ekstruderes til dannelse af en film, filmen strækkes for at orientere filmens polyolefinkæder i det væsentlige i én retning, 5 - den strakte film fibrilleres ved hjælp af en kniv- og/eller nålevalse, den strakte film varmebehandles for at lette eventuelle spændinger i filmen, filmens overflade behandles for at modificere overfladen, og 10 - den fibrillerede film skæres eventuelt i stykker med en passende længde til dannelse af fibre.

Mere detaljeret kan denne metode udføres som følger:

Fiberkomponenterne, som omtales nedenfor, blandes således, at der opnås en homogen dispergering af partiklerne i polyolefinmaterialet 15 eller det polyolefinafledte materiale, dvs. plastkomponenten. Blandingsegenskaberne, fx blandingsstyrke og -tid, afhænger af den anvendte type samt mængde af partikler. Det er typisk, at jo højere mængden af partikler er, jo længere og kraftigere skal blandingen være. Når mængden af partikler overstiger 20 vægtprocent beregnet på 20 fiberkomponenternes totale vægt, kan partiklerne være vanskelige at dispergere. Hvis fibre med et sådant højt partikelindhold ønskes, skal der normalt anvendes meget strenge blandingsbetingelser.

Når fibrene har et partikelindhold på mindre end 20 vægtprocent af på den totale vægt, observeres normalt ingen problemer med hensyn til 25 opnåelse af en homogen blanding af fiberkomponenteme.

Plastkomponenten, dvs. polyolefinen eller polyofinderivatet, der normalt er fast ved temperaturer under 160°C, smeltes for at opnå en plastisk masse, inden ekstruderingen udføres. Smeltningen kan udføres i et hvilket som helst egnet udstyr, hensigtsmæssigt i den ekstru-30 derer, der anvendes til den efterfølgende ekstrudering. Blandingen af fiberkomponenteme udføres hensigtsmæssigt i ekstrudereren samtidig med smeltning af plastkomponenten. En homogen fordeling af partiklerne opnås normalt inden for den tid, der kræves til totalt at smelte 4 DK 169699 B1 plastkomponenten. Afhængig af typen og mængden af plastkomponenten samt det anvendte udstyr kan smeltningstid (og blandingstid) være mindre end 10 minutter og er i de fleste tilfælde ca. 5 minutter. Det er klart, at blandings temperaturen vil afhænge af den pågældende 5 plastkomponents smeltepunkt. Partiklerne kan også sættes til plastkomponenten under smeltningen af denne komponent.

Efter at der er opnået en plastisk masse ud fra fiberkomponenteme, ekstruderes massen gennem en dyse med en størrelse, der er egnet til den ønskede filmstørrelse, således at der opnås en film, der efter-10 følgende afkøles.

Ved afkøling krystalliserer det polymere materiale, og krystallisationsmønstret afhænger af den anvendte afkølingstype samt den anvendte polyolefin eller det anvendte polyolefinafledte materiale. Det krystalliserede materiale omfatter typisk amorfe og krystallinske 15 strukturer, der er blandet sammen med hinanden. Volumenforholdet mellem de krystallinske og de amorfe områder betegnes konventionelt krystallisationsgraden.

Ekstruderingen kan udføres således, at der opnås en blæst film. Ved denne- fremgangsmåde ekstruderes plastmassen gennem en cirkulær ring, 20 hvilket resulterer i en luftfyldt pose af fibermaterialet. Posen afkøles ved passage gennem en anden ring, en afkølingsring, hvorefter den passerer gennem valser, hvilket resulterer i dannelsen af en tolagsfilm. Ved denne fremgangsmåde er afkølingshastigheden forholdsvis lav, hvilket resulterer i en forholdsvis høj krystallisationsgrad af 25 plastkomponenten. Desuden dannes forholdsvis store krystaller.

Ekstruderingen kan imidlertid også resultere i en støbt film, hvor plastmassen ekstruderes gennem en flad dyse, hvorved der opnås en ét-lagsfilm. Denne film afkøles enten i et vandbad eller ved passage gennem ét eller flere par kolde valser. Temperaturerne i henholdsvis 30 vandbadet og de kolde valser er hensigtsmæssigt ca. omgivelsestemperatur. Vandbadet er især egnet som afkølingsmiddel for forholdsvis tykke film, fordi denne type afkøling er hurtigere og mere homogen end afkøling via valser.

5 DK 169699 B1

Den ekstruderede film udsættes derefter for strækning. Strækning udføres for at orientere polyolefinkæderne af polyolefinen eller det polyolefinafledte materiale i det væsentlige i én retning, således at der opnås en høj trækstyrke og et forøget elasticitetstal i fibrenes 5 retning. Desuden gøres fibrilleringen, der følger efter strækningen, nemmere ved strækningen.

Den metode, der anvendes til strækning af filmen, er ikke afgørende, og en hvilken som helst metode og et hvilket som helst udstyr kan anvendes. Filmen strækkes hensigtsmæssigt i en luftvarmet ovn eller i 10 et væskemedium såsom vand eller en olie. Ovnens temperatur afhænger den type film, der skal strækkes, men vil i de fleste tilfælde være 130-200°C, fx ca. 165°C. Filmen kan passeres gennem ovnen eller væskemediet ved hjælp af to par valser, som befinder sig før (det første par valser) og efter (det andet par valser) henholdsvis ovnen 15 eller væskemediet. Hastigheden for det andet par valser er højere end hastigheden for det første par valser, hvilket resulterer i en strækning af filmen mellem de to par valser.

Den indledende del af strækningen resulterer i en indsnøring af filmen, således at mikrofibriller dannes i filmen. Mikrofibriller 20 defineres som bestående af krystalblokke i filmens længderetning, hvilke krystalblokke omgives af et amorft område. Normalt samles mikrofibrillerne i bundter, der betegnes fibriller. Mikrofibrillerne og,fibrillerne orienteres parallelt i forhold til hinanden i strækningsretningen. Efter den indledende indsnøring bliver filmen yderli-25 gere deformeret ved strækningen, således at mikrofibrillerne forskydes og fjernes længere væk fra hinanden.

Forholdet mellem de to par valsers hastigheder defineres som strækforholdet, dvs. strækningsomfanget. Det foretrækkes, at filmen strækkes i et forhold på mindst 1:6, fx mindst 1:10, især i et forhold på 30 mindst 1:15. Det er mest foretrukket, at filmen strækkes i et forhold på 1:17. Dette sidste strækforhold kan fx opnås ved at lade filmen passere det første par valser ved en hastighed på 5 m/minut og det andet par valser ved en hastighed på 85 m/minut.

6 DK 169699 B1

Strækningen kan forårsage, at der udvikles spændinger i filmen. Disse kan lettes ved at udsætte den strakte film for opvarmning. Denne udføres hensigtsmæssigt ved at passere filmen gennem en ovn, hvor filmen lades krybe. Det er vigtigt, at denne varmefiksering eller 5 afspænding finder sted ved en temperatur, der er lavere end strækningstemperaturen. Hvad angår polypropylen, der er en af de foretrukne polyolefinkomponenter af fibrene ifølge opfindelsen, finder denne varmefiksering sted ved ca. 130°C. Efter denne behandling vil den residuale krybning være meget lille (3-5%) ved temperaturer under 10 130eC.

Fibrilleringen eller opdelingen i den strakte films længderetning, som den også kan defineres, udføres på en kniv- og/eller nålevalse med en højere perifer hastighed end den hastighed, hvormed filmen bæres frem. Nålevalsen er en cylinder, der er forsynet med stave i 15 retningen af filmens bevægelse, hvilke stave er forsynet med tæt stillede nåle. Fibrilleringen resulterer i en netlignende filmstruktur med små fibriller.

Da polyolefinen eller det polyolefinafledte materiale er resistent og derfor inaktivt over for de fleste kemikalier, kan det være nødven-20 digt at modificere den fibrillerede films overflade, således at der opnås en tilfredsstillende vekselvirkning mellem fibrene og det matrix-materiale, de skal armere. Den fibrillerede films overflade kan modificeres ved varmebehandling og/eller udsættelse for kemisk modifikation, elektrisk modifikation og/eller mekanisk modifikation.

25 Én type varmebehandling, der har vist sig at være meget effektiv, er passage gennem en gasflamme. Denne behandling bryder nogle molekyl-bindinger og giver mulighed for dannelse af polære grupper på overfladen.

Den kemiske behandling kan finde sted på forskellige måder, fx ved 30 co-polymerisering, pulverkompoundering eller ved påføring af en væske til overfladen. Det anvendte kemikalie vælges ifølge de egenskaber, der ønskes på overfladen, fx god fastgørelse af fibre til cement. Det har især vist sig, at kemiske behandlinger, der omfatter indførelse af OH-, C00H- og/eller anhydridgrupper i polyolefinkomponenten, er 7 DK 169699 B1 fordelagtige. Eksempler på kemikalier, der er egnede til introduktion af disse grupper, er henholdsvis vinylalkohol, acrylsyre og malein-syrearihydrid.

Et eksempel på en elektrisk behandling, der har vist sig at give 5 filmen meget ønskelige egenskaber, og som anvendes i stor udstrækning ved fremstilling af plastfibre verden over, er coronabehandlingen.

Denne behandling er en kraftig elektrisk udladning fra en særlig elektrode ned til filmoverfladen. En forholdsvis høj spænding kræves (ca. 25 kV og 20 kHz) for at elektronerne kan få tilstrækkelig energi 10 til at gennemtrænge overfladen. Når elektronerne rammer de polymere kæder med høj hastighed, brydes mange af disse kæder, hvilket giver mulighed for dannelse af carbonylgrupper ved hjælp af ozonen (O3) i luften. Dannelsen af en carbonylgruppe gør filmoverfladen polær og således mere egnet til reaktion med andre kemiske stoffer.

15 Den mekaniske behandling kan omfatte sandblæsning og kan fx udføres i et sandblæsningskammer som beskrevet i eksempel 1 nedenfor. Der findes imidlertid mange andre egnede mekaniske behandlinger, hvis væsentlige træk er opnåelse af en yderligere spaltning af filmens overflade i længderetningen. Profilering, dvs. dannelse af en bølget 20 filmoverflade, fx som beskrevet nedenfor i eksempel 1, er også et meget effektivt middel til modificering af overfladen.

X nogle tilfælde kan det være fordelagtigt at ændre eller modificere overfladeegenskaberne af fibrene og/eller den fibrillerede film, således at disse gøres egnede til specifikke anvendelser. Fibrene 25 og/eller den fibrillerede film kan gøres hydrofil, hydrofob eller antistatisk eller kan gøres nemmere at dispergere i det pågældende matrix-materiale. Overflademodifikationen omfatter behandling af fibrene og/eller den fibrillerede film med et overfladeaktivt middel såsom et befugtningsmiddel, fx en såkaldt "hydrofil avivage" (også 30 betegnet "hydrofilt genbefugtningsmiddel" eller "hydrofilt smøremiddel") eller et antistatisk middel. Det overfladeaktive middel, der skal anvendes, er af en type, der vil opfylde de kvalitative krav for den pågældende fiberoverflade. Fx, når fiberoverfladen skal være hydrofil, kan overfladeaktive midler såsom AMOA P 231, Amoa Chemi-35 cals, Hinchley, Leicestershire, England, Cithrol A, Croda, Cowich 8 DK 169699 B1

Hall, North Humberside, England eller SW-T, Nissin Kagaku Kenkyosho Ltd., Japan, anvendes. Det overfladeaktive middel anvendes normalt på fiberfremstillingsfremgangsmådens sidste trin, dvs. inden skæring.

Det anvendes typisk i en mængde på ca. 0,15-3 vægtprocent af det 5 fibrillerede filmmateriale, mere typisk ca. 0,4-1,6 vægtprocent af det fibrillerede filmmateriale. Specifikke eksempler på behandling af fiberoverfladen er givet i eksemplerne nedenfor.

Det fibrillerede filmmateriale, der har været udsat for én eller flere af de modifikationer eller overfladebehandlinger, der er omtalt 10 ovenfor, udsættes for skæring, således at der opnås fibre med en passende længde. Fibrenes længde er fortrinsvis højst 15 mm, mere foretrukket højst 12 mm, og især højst 6 mm. De maksimums længder, der er nævnt ovenfor, skal betragtes som nøjagtige maksimums længder for i det væsentlige samtlige fibre i blandingen. En lille mængde af fibre-15 ne kan imidlertid have en længde, der overstiger disse maksimumslængder, og stadigvæk anses for at ligge inden for opfindelsens rammer.

De fibre, der resulterer fra ovennævnte behandlinger, har fortrinsvis en bredde på 20-700 μιη, mere foretrukket 60-300 μια., og især ca. 250 jum. Fibre, der danner et netværk, hvor længden af de enkelte fibre er 20 kortere end længden af spalterne mellem fibrene, har vist sig at være specielt nyttige. Dette er fx tilfældet, når filmen skal skæres til hakkede fibre, hvor det er fordelagtigt, at spaltelængden er større end fiberlængden, således at indbyrdes forbindelser mellem de enkelte fibre undgås.

25 Det formodes, at den fordelagtige virkning ved anvendelse af parti-kelholdige fibre i kompositmaterialer opnås ved etablering af en kapillar virkning mellem matrix-materialet og fibrene. Det har ved mikroskopiske undersøgelser vist sig, at fine porer er til stede i filmen, når filmen har været udsat for strækning. Det fornodes, at 30 disse porer udgør en forbindelse mellem fibrenes partikler og det matrix-materiale, hvor fibrene er indlejret. Da partiklerne hensigtsmæssigt er af en hydrofil type, kan de absorbere vand, normalt i form af fugtighed, fra matrix-materialet og derved etablere en slags binding og/eller fordelagtig fiksering.

9 DK 169699 B1 I det væsentlige er alle partiklerne totalt indlejrede i polyolefinen eller det polyolefinafledte materiale, således at fibrenes overflade ser glat ud, ikke har nogen udposninger eller andre uregelmæssigheder på grund af partiklernes tilstedeværelse. Det følger ud fra dette, at 5 partiklernes størrelse skal korreleres med fibrenes endelige tykkelse, således at partiklernes største dimension, i tilfælde af kompakt formede partikler diameteren, er mindre end den endelige fibertykkelse. Uden at begrænse den foreliggende opfindelses omfang, men sagt som tommelfingerregel, er partiklernes største dimension eller parti-10 kelstørrelsen højst ca. 1/3 del af den endelige fibertykkelse.

Som nævnt ovenfor har fibrene en tykkelse i området 10-100 μτα og fortrinsvis en tykkelse i området 20-80 μτα. Fibrene har især en tykkelse på 35 μτα. De uorganiske partikler har en størrelse i området 1-10 μτα. Den lavere grænse skyldes, at partiklerne, der er mindre end 15 1 μτα, er vanskelige at dispergere homogent i polyolefinfiberkompo- nenten eller den polyolefinafledte fiberkomponent. Den højere grænse er baseret på praksis og også på de ovennævnte forhold mellem fibertykkelse og partikelstørrelse. De uorganiske partikler har fortrinsvis en størrelse i området 2-7 μπι, især 3-5 μτα.

20 De uorganiske partikler er hensigtsmæssigt af en type, der ikke skader det udstyr, der anvendes til fremstilling af fibrene. Normalt vil en hvilken som helst ekstruderers dyse være følsom over for hårde materialer såsom metaller og andre tilsvarende hårde materialer, der passerer gennem dysen. De uorganiske partikler er derfor hensigts-25 mæssigt valgt blandt forholdsvis bløde materialer (eller udtrykt på en anden måde, materialer, der ikke vil skade ekstruder er dy s en i nogen væsentlig grad), hvilke materialer yderligere opfylder de ønskede egenskaber omtalt ovenfor, dvs. hydrofilicitet og partikelstørrelse. Egnede uorganiske partikler er kridt, talkum, silicium-30 dioxid, glimmer, bariumsulfat, glas og et farvemiddel, fx TiC>2. Især kridt og bariumsulfat har vist sig at være egnede, formodentlig på grund af deres distinkte hydrofilicitet. Desuden menes bariumsulfats betragtelige densitet sammenlignet med andre egnede partikeltyper nævnt ovenfor (4,5 g/cm^ i modsætning til ca. 2,2-3,0 g/ca?) at gøre 35 blandingen af partiklerne i nedennævnte polyolefin eller polyole-finderivat nemmere og mere effektiv. I nogle tilfælde kan det være 10 DK 169699 B1 ønskeligt, at de partikelholdige fibre er farvede. Mange farvemidler, fx TiC>2, med de ovennævnte partikelegenskaber kan hensigtsmæssigt anvendes til dette formål.

Bortset fra de uorganiske partikler udgøres fibrene af et polymer-5 plastmateriale såsom polyolefin, der udgøres af carbon og hydrogen, eller et polyolefinderivat.

Polyolefinen vælges fortrinsvis blandt polypropylen og polyethylen. Polypropylen er en velkendt bestanddel af plastfibre og har været anvendt som sådan i mange år på grund af sin resistens over for syrer 10 og baser, sine fordelagtige styrkeegenskaber, sin lave densitet samt sin lave pris. Egenskaberne hos en typisk polypropylenfiber, der er alment kendt som KRENIT®, illustreres i eksemplerne nedenfor.

Som det fremgår af tabel 2, fra eksempel 1 nedenfor, resulterer tilsætningen af uorganiske partikler til polypropylenfiberbestandde-15 len ofte i fibre med mindre fordelagtige egenskaber med hensyn til styrke og trækstyrke end egenskaberne hos den rene polypropylenfiber.

Når fibrene er bestanddele i et kompositmateriale, der omfatter et uorganisk bindemiddel, kan den modsatte virkning imidlertid observeres. Som det fremgår af eksempel 2, tabeller 3 og 4, gør anvendelsen 20 af de partikelholdige fibre i kompositmaterialer disse materialer uventet stærke og fleksible sammenlignet med materialer, hvor rene polypropylenfibre anvendes.

Et udvalg af polyolefinderivater har også vist sig at være egnede som partikelholdige fiberbestanddele. Eksempler på sådanne derivater er 25 vinylpolymerer såsom polyvinylakohol, der omfatter carbon, hydrogen og oxygen, samt acrylsyre og organiske syreanhydrider såsom malein-syrearihydrid.

En særlig fordelagtig fibersammensætning omfatter polypropylen i en mængde på 83 vægtprocent og kridt i en mængde på 17 vægtprocent.

30 En anden fordelagtig fibersammensætning omfatter polypropylen i en mængde på 86 vægtprocent og bariumsulfat i en mængde på 14 vægtprocent.

DK 169699 B1 u

Afhængig af den type materiale, hvor fibrene skal anvendes, samt anvendelsen af det resulterende materiale kan fibrene yderligere omfatte andre additiver for at opnå egenskaber, der passer til den pågældende anvendelse. Disse additiver kan omfatte antioxidanter og 5 UV-stabilisatorer, der kan forhindre nedbrydning af fibrenes plastmaterialer. Antioxidanterne og UV-stabilisatorerne tilsættes typisk i en mængde på 0,5-5 vægtprocent af den totale fibersammensætning, og eksempler på egnede antioxidanter og UV-stabilisatorer er henholdsvis Irganox og Ghimnasorb. Flammeretardanter kan også anvendes. Disse kan 10 være kombinationer af et aromatisk bromholdigt præparat og antimon-trioxid (Sb203), fx Sandoflam 5071, Sandoz, Schweiz.

De partikelholdige fibre ifølge den foreliggende opfindelse anvendes fortrinsvis som bestanddele i uorganiske matrix-baserede materialer eller kompos i tmaterialer såsom byggematerialer, typisk for at forbed-15 re disse materialers fysiske egenskaber. Fibrene kan hensigtsmæssigt anvendes som erstatninger for asbestfibre. Kompos i tmaterialerne omfatter typisk et uorganisk bindemiddel, der kan være cement, fx Portland cement, gips, puzzolan såsom flyveaske, siliciumdioxid, wollastonit og/eller bentonit. Yderligere kan kompositmaterialet 20 indeholde et superplastifiseringsmiddel, fx en forbindelse af sulfoneret naphthalen. Eksempler på kompositmaterialer, hvor fibrene ifølge opfindelsen kan anvendes, er cementbaserede matrix-materialer såsom beton og mørtel. Fibrene leveres typisk i en mængde på 0,1-10 vægtprocent af det totale kompositmateriale såsom ca. 5 vægtprocent 25 af det totale kompos itmateriale, og et fiberindhold på ca. 3 vægtprocent af det totale kompos itmateriale har vist sig at være særligt egnet. Den mængde fibre, der anvendes, afhænger naturligvis af den type kompos itmateriale, der skal fremstilles. Fremgangsmåderne til fremstilling af kompositmaterialerne varierer også alt efter den type 30 kompositmateriale, der skal fremstilles. Kompositmaterialer, hvor de partikelholdige fibre ifølge den foreliggende opfindelse kan anvendes, er fx sådanne materialer, der er beskrevet i US 4,626,345 (Gregersen) .

Med hensyn til fiberarmerede cementmaterialer har en mængde polypro-35 pylenfibre på ca. 1,5-3 vægtprocent af kompositmaterialets totale 12 DK 169699 B1 vægt vist sig at være fordelagtig. I mørtelmateriale har det vist sig, at revneudvikling reduceres, når plastfibre er blevet sat til mørtelmaterialet. Desuden resulterer anvendelse af plastfibre i beton i højere trækstyrke og fleksibilitet.

5 Figur 1 viser princippet i en firepunktsbelastningstest af fiberarmerede kompositmaterialer. Pladen 1 placeres i en testmaskine af en hvilken som helst hensigtsmæssig type og udsættes for belastninger som vist. P er størrelsen af den totale belastning, der påføres pladen.

10 Figur 2 er en grafisk illustration af spændings-(n)/tøjnings-(e)egenskaberne hos pladerne fra eksempel 2 ud fra firepuhktsbelastningste-sten vist i figur 1. Ud fra denne kurve kan elasticitetstallet, som er hældningen af den første lineære del af kurven, og brudstyrken, som er arealet under kurven, bestemmes.

15 Den foreliggende opfindelse illustreres yderligere i det følgende under henvisning til eksemplerne.

EKSEMPEL 1

Fremstilling af filmfibrillerede fibre

Fremstillingen af fibrene omfattede hovedparten af følgende trin: 20 - fremstilling af en polyolefinfilm ved ekstrusion, - strækning af polyolefinfilmen, - fibrillering af den strakte film, - varmefiksering af den strakte, fibrillerede film, - behandling af filmens overflade, 25 - skæring af filmen.

Sammensætningen og fremstillingskarakteristika for hver af de fremstillede fibervarianter er vist i tabel I nedenfor efter følgende beskrivelse af hvert af fremgangsmåde trinnene.

13 DK 169699 B1

Fremstilling af polyolefinfilmen ved ekstrusion

Polyolefin- og partikelkomponenterne af polyolef infilmen, eventuelt blandet med additiver, blev blandet i en ekstruderer af typen Bandera (0 60 mm, L/D=24) ved en temperatur på 210°C i 5 minutter og blev 5 ekstruderet i form af en blæst film gennem en cirkulær dyse med en diameter på 300 mm. På denne måde blev en luftfyldt filmpose dannet med et blæseforhold, dvs. forholdet mellem posens diameter og den cirkulære dyses diameter, på 1,02. Den ekstruderede film blev afkølet ved passage gennem en afkølingsring, som var placeret på toppen af 10 dysen. Efter afkølingen blev den luftfyldte filmpose passeret gennem et par klemmevalser med en hastighed på 5,5 mm/minut, således at luften blev drevet ud, og der blev dannet en to-lagsfilm.

Strækning af polyolef infilmen

Fra klemmevalserne blev filmen passeret gennem et andet par valser, 15 der befandt sig under klemmevalserne. Filmen passerede derefter gennem en ovn med en temperatur på 165°C og et tredje par valser, der befandt på den anden side af ovnen. Den blæste film blev strakt i ovnen, idet det tredje par valsers hastighed var højere end det andet par valsers hastighed. Det faktiske strækforhold, dvs. forholdet 20 mellem de to par valsers hastigheder, er angivet i tabel I for hver af de fremstillede filmvarianter.

Fibrillering af den strakte film

Den strakte film passerede over en nålevalse med 26 nåle/cm nålestav. Antallet af nålerækker for hver cm valseoverflade var 0,55. Den film, 25 der skulle fibrilleres, passerede over nålevalserne med en hastighed på 230 m/minut.

Varmefiksering af den strakte, fibrillerede film

Varmefikseringen af filmen blev udført ved at passere filmen gennem en luftvarmet ovn med en temperatur på 130°C. Filmen blev flyttet med 30 en hastighed på 92 m/minut.

14 DK 169699 B1

Under de behandlinger, der er beskrevet nedenfor (overfladebehandlingen og skæringen) blev filmen flyttet med en hastighed på ca. 87,0 m/minut, hvilket svarer til ca. 95% af filmens hastighed under varme-fikseringen.

5 Behandling af filmens overflade Mekanisk behandling Sandblæsning

Filmen blev passeret gennem en sandblæsningskanal konstrueret af ansøgeren, hvor filmen blev bombarderet med fine glaskugler med en 10 diameter på 45 μα.. Denne behandling resulterede i en mere ru filmoverflade og desuden en yderligere spaltning af filmen i filmens bevægelsesretning.

Profilering af filmoverfladen

Filmoverfladen blev profileret med en bølgestruktur i længderetningen 15 ved at presse et opvarmet kabel med en bølget overflade (med 100 bølger pr. 10 cm) mod filmen. Det tryk, der blev skabt på filmen af valserne, blev langsomt øget, hvorefter trykket blev udløst, og kablet blev fjernet. Denne fremgangsmåde er også kendt som "stuffer-b ox " - teknikken.

15 DK 169699 B1

Kemisk behandling

Behandling med overfladeaktivt middel

Det overfladeaktive middel blev sat til filmen, når den passerede gennem et par valser til påføring af glittemiddel ("lick"-valser), og 5 mængden af overfladeaktivt middel, der skulle påføres filmen, blev reguleret ved valsernes rotationshastighed. I tabel I nedenfor er den faktiske mængde og det overfladeaktive middels sammensætning angivet for hver fibervariant.

Elektrisk behandling 10 Filmen blev udsat for en stærk elektrisk udladning ved passage under en elektrode af typen Vetaphone® T1200. Elektrodens spænding var ca.

25 kV og 30 kHz (12 kW). Denne elektriske behandling er også kendt som en corona-behandling.

Skæring af filmen 15 Filmskæringen blev udført ved at passere filmen tangentielt over et hjul med en diameter på 468 mm, hvorpå knive var placeret radialt.

Filmen blev presset mod knivene ved tryk fra en valse. Længderne af de resulterende fibre var lig med afstanden mellem de radialt placerede knive.

20 Forskellige fibertyper blev fremstillet i overensstemmelse med de ovenfor beskrevne fremgangsmåder. Hver fibertype betegnes således, at såvel sammensætningen som fremstillingsegenskaberne fremgår ud fra betegnelsen. PP anvendes som forkortelse for polypropylen. Egenskaberne hos hver fibervariant angives nedenfor: 16 DK 169699 B1

Tabel I

Fibervarianter

Fiber bestående af PP (variant A)

Sammensætning: 99,74% polypropylen af typen Propathene GWE 23, 5 leveret af ICI. MFI =2,5 g/10 minutter ved 2,16 kg/230°C. (MFI er smelteindeks ("Melt Fluid Index") bestemt ifølge ISO 1133-standarden).

En blanding af polypropylen, UV-stabilisator og antioxidant med følgende sammensætning blev fremstillet: 10 8% Chimnasorb 944, 12% Irganox® B501 ff, 80% polypropylen, hvor Irganox® B501 W består af 25% Irganox® 1425 15 25% polyethylenvoks, 50% Irgafox 168.

De ovennævnte procentdele er vægtprocentdele.

1,3% af denne blanding blev sat til polypropylenen, hvilket resulterede i en total mængde UV-stabilisator og antioxidant på 0,26 20 vægtprocent baseret på sammensætningens totale vægt.

Strækforhold: 1:17

Fiberlængde: 6 mm

Overfladebehandling: Kemisk: 25 Filmen blev behandlet med et flydende overflade- aktivt middel, der bestod af AMOA P 231 og Cith- rol A, hvor volumenforholdet mellem de to komponenter var 1:3. Væsken blev fortyndet 10 gange med almindeligt postevand.

17 DK 169699 B1

Den fortyndede væske blev påført filmen som beskrevet ovenfor, hvilket resulterede i en påførings grad på ca. 10 vægtprocent beregnet på filmens vægt.

5 Elektrisk:

Filmen blev udsat for en corona-behandling som beskrevet ovenfor.

Fiber bestående af PP/kridt med et strækforhold på 1:12 (variant B12)

Sammensætning: 25% af kridtblandingen Fulline PMB-F/301 leveret 10 af Plastigran (bestående af 70% kridt og 30% polypropylen).

74,74% polypropylen (Propathene GWE 23).

UV-stabilisator og antioxidant som beskrevet for PP-fiberen.

15 Strækforhold: 1:12

Fiberlængde: 6 mm

Overfladebehandling: Som for PP-fiberen

Tilsvarende fibervarianter blev fremstillet som beskrevet nedenfor 20 med egenskaber, der var forskellige fra de ovennævnte:

Fiber bestående af PP/kridt med et strækforhold på 1:17 (variant B17).

Fiber bestående af PP/kridt med et strækforhold på 1:17, og som blev udsat for sandblæsning (variant B17S).

18 DK 169699 B1

Fiber bestående af PP/kridt med et strækforhold på 1:17, og som blev udsat for sandblæsning og profilering (variant B17SP).

Fiber bestående af PP/kridt med et strækforhold på 1:20 (variant B20).

5 Fiber bestående af PP/BaSO^ (variant C)

Sammensætning: 20% af bariumsulfatblandingen Fulline PMB-F/401- /BF leveret af Plastigran (bestående af 70% bariumsulfat og 30% polypropylen).

79,74% polypropylen Propathene GWE 23.

10 UV-stabilisator og antioxidant som beskrevet for PP-fiberen.

Strækforhold: 1:17

Fiberlængde: 6 mm

Overflade- 15 behandling: Som for PP-fiberen Særlig fiber bestående af PP/kridt (variant D)

Sammensætning: 25% af kridtblandingen Fulline PMB-F/301 (be stående af 70% kridt og 30% polypropylen).

74,74% polypropylen Propathene GWE 23 20 UV-stabilisator og antioxidant som beskrevet for PP-fiberen.

Strækforhold: 1:17

Fiberlængde: 6 mm 19 DK 169699 B1

Overfladebehandling: Mekanisk:

Sandblæsning som beskrevet ovenfor.

Kemisk: 5 Filmen blev behandlet med et overfladeaktivt middel SW-T, Nissin Kagaku Kenkyosho Ltd., fortyndet med vand i et volumenforhold mellem overfladeaktivt middel og vand på 1:3,8.

Elektrisk: 10 Som beskrevet ovenfor.

Hver filmvariant (inden skæretrinnet) blev udsat for en bøjningstest, der blev udført på en Zwick-tes tmaskine. Testene blev udført således, at filmens fikseringslængde var ca. 200 mm og tøjningshastigheden var 2 mm/minut. Elasticitetstallet blev beregnet som en skæringsmodul ved 15 en strækning på henholdsvis 0,2, 0,5 og 1,0%. Den endelige spænding blev beregnet som den maksimale kraft divideret med filmens tværsnitsareal. Den endelige strækning er strækningen ved maksimumkraft.

Den gennemsnitsværdi, der var et resultat af 5 forskellige tests, er angivet i tabel II nedenfor sammen med standardafvigelsen og varia-20 tionskoefficienten. Hver filmvariants densitet er også angivet.

De. resultater, der blev opnået for filmvarianterne, gælder også for fibervarianterne på grund af den kendsgerning, at filmen og fibrene er forskellige former for samme komposition. Derfor anvendes udtrykket fiber i følgende tabel.

20 DK 169699 B1

Tabel II PP-FIBER

Densitet 910 kg/n?

Gennemsnits- Standard- Variations- 5 værdi afvigelse koefficient (%)

Elastici- 0,2% 15,1 2,84 19 tetstal 0,5% 12,4 1,39 11 GPa 1,0% 10,0 0,63 6

Styrke MPa 429 55 13 10 Endelig strækning % 7,72 1,40 18 PP/KRIDTFIBER, STRÆKFORHOLD 1:12 Densitet 1030 kg/n?

Gennemsnits- Standard- Variations- 15 værdi afvigelse koefficient (%)

Elastici- 0,2% 7,01 2,65 38 tetstal 0,5% 5,94 1,39 23 GPa 1,0% 5,23 0,38 7

Styrke MPa 299 29 10 20 Endelig strækning % 13,27 0,90 7 21 DK 169699 B1 PP/KRIDTFIBER, STRÆKFORHOLD 1:17 Densitet 1030 kg/mr*

Gennem- Standard- Variations- snitsværdi afvigelse koefficient (%) 5 Elastici- 0,2% 8,93 2,32 26 tetstal 0,5% 8,56 1,54 18 GPa 1,0% 7,39 0,89 12

Styrke MPa 321 37 12

Endelig 10 strækning % 7,39 0,53 7,1 PP/KRIDTFIBER, STRÆKFORHOLD 1:20 Densitet 1030 kg/n?

Gennemsnits- Standard- Variations - værdi afvigelse koefficient (%) 15 Elastici- 0,2% 11,60 2,09 18 tetstal 0,5% 10,27 0,95 9 GPa 1,0% 8,62 0,48 6

Styrke MPa 341 10 3

Endelig 20 strækning % 7,14 0,38 5 DK 169699 Bl 22

PP/BaS04-FIBER

Densitet 960 kg/n?

Gennemsnits- Standard- Variations- værdi afvigelse koefficient (%) 5 Elastici- 0,2% 8,39 0,86 10 tetstal 0,5% 9,25 0,65 7 GPa 1,0% 8,64 0,56 7

Styrke MPa 263 73 28

Endelig 10 strækning % 5,94 1,06 18

SPECIEL PP/KRIDT-FIBER

Densitet 1030 kg/n?

Gennemsnits- Standard- Variationsvær di afvigelse koefficient (%) 15 Elastici- 0,2% 8,93 2,32 26 tetstal 0,5% 8,56 1,54 18 GPa 1,0% 7,39 0,89 12

Styrke MPa 321 37 12

Endelig 20 strækning % 7,39 0,53 7,1 I overensstemmelse med forklaringen ovenfor er det klart, at fibrene, der indeholder partikler (samtlige typer med undtagelse af PP-fi-beren) har mindre ønskelige egenskaber end fibrene uden partikler (PP-fiberen). Værdierne for PP-fiberens elasticitetstal og styrke er 25 således signifikant højere end værdierne for de partikelholdige 23 DK 169699 B1 fibres tilsvarende egenskaber og den endelige strækning, som kan defineres som resistens over for deformation før brud.

EKSEMPEL 2 Fiberarmerede plader 5 Fremstilling af fiberarmerede plader ved filtrering

En suspension bestående af 109 g tørstof bestående af

Cellulose-Stora 61 SR° 50 4%

Elkem-siliciumdioxid 98% 10%

Polyolefinfibre 3% 10 Cement (lavalkali, sulfatresistent) 83% og 163 g vand blev placeret på et filtreringsapparat (John Mansville JM-filtreringsapparat). De ovennævnte procentdele er vægtprocentdele baseret på vægten af det totale tørstofindhold. Polyolefinfibrene er fibrene fra eksempel 1. Suspensionens vand blev suget fra ved et lavt 15 tryk på 0,27 bar, hvorefter filterkagen blev placeret i en presse, hvor den blev udsat for et kortvarigt tryk på ca. 10 MPa. Materialets permeabilitet i uhærdet form blev bestemt ved hjælp af filtrerings-tiden. Filtreringstiden, dvs. lavtryksbehandlingstiden, blev noteret for hvert pladepræparat.

20 Efter formningen blev pladerne hærdet i en befugtningskasse i 24 timer efterfulgt af hærdning under vand ved omgivelsestemperatur i 6 dage. Pladerne, der var fremstillet ved ovennævnte fremgangsmåde, havde en længde på ca. 203 mm, en bredde på ca. 76,5 mm og en tykkelse på ca. 5 mm.

25 Mekaniske egenskaber hos de fiberarmerede plader

De fiberarmerede pladers mekaniske egenskaber blev undersøgt ved at udsætte pladerne for en 4-punktsbelastningstest, hvis princip er vist i figur 1. 10 plader blev undersøgt for hver variant; 5 af pladerne 24 DK 169699 B1 blev undersøgt i våd tilstand, og de øvrige 5 plader blev undersøgt i tør tilstand, som blev opnået ved at udsætte pladerne for tørring i 2 dage i en ovn med en temperatur på 110°G. Pladernes spændings-(a)/tøjnings-(e)egenskaber bestemt ved 4-punktsbelastningstesten blev 5 tegnet i en kurve, som er vist i skematisk form i figur 2. Spændings-/tøjningsværdierne ved det punkt, hvor proportionaliteten mellem spændingen og tøj ningen ændrer sig (ak, ek) samt spændings-/tøjnings-værdier ved punktet for maksimumbelastning (<rm, em) blev aflæst. Ud fra disse værdier blev elasticitets tallene og brudstyrken beregnet.

10 Elasticitetstallet defineres som hældningen af den første lineære del af kurven, medens brudstyrken defineres som arealet under kurven op til maksimumbelastningen og beregnes ifølge formlen W = 1/2 CTkek + CTk(em - ek) + 1/2 (crm - ffk)(em - ek)

Det skal understreges, at denne formel er en tilnærmelse, idet det er 15 normalt, at den øvre del af kurven er let bøjet. Afvigelsen fra den faktiske værdi er imidlertid ubetydelig, idet forskellen mellem arealet baseret på den bøjede kurve og arealet baseret på den lige kurve er meget lille i forhold til det totale areal.

De fiberarmerede pladers mekaniske egenskaber er angivet i tabellen 20 nedenfor. Såvel gennemsnitsværdien (H) som standardafvigelsen (Dev.) er angivet.

25 DK 169699 B1

Tabel IIIA Fibervariant

A C D

våd tør våd tør våd tør 5 Filtre- M 888 888 53 53 18 18 ringstid Dev. 163 163 10 10 2 2

Densitet M 1,781 1,669 1,698 1,644 1,697 1,664 g/cm3 Dev. 0,023 0,025 0,020 0,023 0,018 0,011 crk MPa M 10,1 18,2 9,7 17,4 11,2 23,1 10 Dev. 0,8 3,6 0,4 3,1 1,2 0,6 MPa M 13,9 18,2 13,6 18,0 17,3 23,3

Dev. 0,8 3,6 1,1 2,8 1,2 0,5 ek o/oo M 0,69 0,96 0,83 1,18 0,70 1,32

Dev. 0,09 0,27 0,07 0,30 0,08 0,15 15 em o/oo M 3,09 1,02 6,64 1,52 6,81 1,36

Dev. 0,98 0,32 1,91 0,28 2,27 0,14 W 10" 4

Mn/m2 322,9 98,3 717,1 162,8 909,0 161,7

Elastici- 20 tetstal M 15,0 19,3 11,8 15,0 16,1 17,6 GPa Dev. 2,7 2,0 1,2 1,4 1,4 1,7

Fibervariant A = PP-fiber sj

Fibervariant C = PP/BaSO^-fiber Fibervariant D = Speciel PP/kridt-fiber 26 DK 169699 B1

Tabel HIB Fibervariant B17S B17SP B20 våd tør våd tør våd tør 5 Filtre- M 33 33 18 18 47 47 ringstid Dev. 1 1 3 3 4 4

Densitet M 1,710 1,673 1,687 1,685 1,722 1,691 g/cm3 Dev. 0,012 0,020 0,007 0,022 0,010 0,027 MPa M 9,9 16,2 9,3 20,2 10,4 16,0 10 Dev. 0,5 1,8 1,2 0,6 0,5 3,0 am MPa M 13,6 17,1 12,3 20,5 14,4 17,2

Dev. 1,1 1,6 1,6 0,6 0,4 2,0 ek o/oo M 0,65 1,29 0,88 1,29 0,91 1,03

Dev. 0,13 0,13 0,08 0,23 0,16 0,20 15 em o/oo M 5,15 1,51 5,86 1,41 6,20 1,71

Dev. 2,05 0,32 2,51 0,37 2,93 0,36 W 10-4

Mn/m2 560,9 141,1 578,8 154,7 703,3 195,3

Elastici- M 15,8 12,6 10,6 16,3 11,7 15,6 20 tetstal GPa Dev. 3,8 1,7 1,3 4,0 2,5 0,5

Fibervariant B17S = Sandblæst PP/kridt-fiber med et strækforhold på 1:17.

Fibervariant B17SP - Sandblæst og profileret PP/kridt-fiber med et strækforhold på 1:17.

25 Fibervariant B20 — PP/kridt-fiber med et strækforhold på 1:20.

27 DK 169699 B1

Fremstilling af fiberarmerede plader ved ekstrudering , Fiberarmerede plader blev fremstillet ved at ekstrudere en opslæmning bestående af 43,5% cement (lavalkali, sulfatresistent), 5 20% flyveaske, 20% siliciumdioxid 75%, 14% Wollastonite Nyad C, 1,0% Mighty superplastifiseringsmiddel, 1,5% polyolefinfibre, 10 og vand, som blev tilsat i en mængde således, at et forhold mellem vand og fast stof på ca. 0,09, beregnet efter vægt, blev opnået.

De angivne procentdele er vægtprocentdele beregnet på vægten af opslæmningens faste bestanddele. Polyolefinfibrene er fibrene fra eksempel 1, og fibertypen anvendt ved fremstilling af pladerne er 15 angivet i forbindelse med angivelsen af pladernes egenskaber.

Plader blev fremstillet som følger:

Flyveasken, siliciumdioxidet, polyolefinfibrene, Mighty®-superplastifiseringsmiddel og vand blev grundigt blandet i en mixer, der normalt anvendes i bageindustrien. Cement og wollastonite blev 20 sat til den resulterende homogene masse, og blandingen fortsattes, indtil disse komponenter var blevet totalt dispergeret i massen. Den resulterende plastiske masse blev overført til en ekstruderer (Linden) og blev ekstruderet gennem en flad dyse direkte ind i et valseværk, således at de resulterende plader opnåede en tykkelse på ca.

25 4,5 mm. Pladerne blev udskåret i stykker med dimensioner på ca. 300 x 600 mm, og disse blev hærdet i 16 timer i et hærdningskammer ved en temperatur på 80°C. Til laboratorietestning blev testprøver med dimensioner på 202 x 600 mm udskåret, og disse blev testet i en lagringsfugtig tilstand ved omgivelsestemperatur. Testprøveme blev 30 udsat for en 4-punktsbelastningstest. Testprøverne blev udskåret således, at der blev opnået et brud langs fremstillingsretningen og et brud på tværs af fremstillingsretningen. De spændings-/tøjnings- 28 DK 169699 B1 egenskaber, der er defineret ovenfor, dvs. og am, em, blev bestemt. Elasticitetstallene, brudstyrken og pladernes densitet blev også bestemt som beskrevet ovenfor. Resultaterne, dvs. gennemsnitsværdien og standardafvigelsen, er angivet i tabel IV nedenfor. Resul-5 taterne af testningen, hvor bruddet finder sted langs fremstillings-retningen, betegnes Al, medens resultaterne af testningen, hvor bruddet finder sted på tværs af fremstillingsretningen, betegnes T.

29 DK 169699 B1

Tabel IVA

Fibervariant

A B17S C D

Al T Al T Al T Al T

5 Densitet M 2,118 2,081 2,031 2,112 2,106 2,094 2,089 2,157 g/cm3 Dev. 0,015 0,029 0,141 0,048 0,043 0,031 0,054 0,063 ak MPa M 17,6 25,2 18,7 32,0 20,1 29,8 15,8 27,5

Dev. 1,1 1,4 2,3 1,3 1,1 0,7 2,3 0,9 am MPa M 18,1 25,6 18,8 33,3 20,1 29,9 15,9 28,0 10 Dev. 1,1 1,1 2,4 0,8 1,1 0,9 2,2 0,9 ek o/oo M 0,45 0,63 0,52 0,70 0,41 0,65 0,39 0,59

Dev. 0,03 0,03 0,08 0,04 0,11 0,05 0,04 0,06 em o/oo M 0,50 0,66 0,54 0,75 0,41 0,68 0,41 0,63

Dev. 0,04 0,05 0,08 0,06 0,11 0,07 0,04 0,06 15 W 10"4

Mn/m2 M 48,5 87,0 52,4 128,3 41,2 105,8 34,0 92,3

Elastici- M 38,9 40,3 36,5 45,9 51,0 45,7 40,2 47,2 tetstal Dev. 1,8 3,3 6,8 3,7 11,4 3,9 3,1 4,4 GPa 20 Fibervariant A = PP- fiber

Fibervariant B17S = Sandblæst PP/kridt-fiber med et strækforhold på 1:17.

Fibervariant C = PP/BaSO^-fiber

Fibervariant D = Speciel PP/kridt-fiber 30 DK 169699 B1

Tabel IVB

Fibervariant B17SP B20

Al T Al T

5 Densitet M 2,103 2,076 2,124 2,080 g/cm3 Dev. 0,057 0,035 0,032 0,020 MPa M 19,6 29,7 19,4 29,8

Dev. 1,3 1,3 0,8 0,8 CTm MPa M 19,8 29,7 19,5 29,8 10 Dev. 1,2 1,3 0,9 0,8 o/oo M. 0,42 0,70 0,50 0,67

Dev. 0,10 0,05 0,11 0,06 em o/oo M 0,46 0,70 0,52 0,67

Dev. 0,11 0,05 0,14 0,06 15 ¥ 10'4

Mn/m2 M 49,5 103,95 52,4 99,8

Elastici- M 48,5 42,7 40,2 45,1 tetstal GPa Dev. 10,9 2,0 4,7 20

Fibervariant B20 = PP/kridt-fiber med et strækforhold på 1:20.

25 Resultaterne viser, at de plader, der indeholder de partikelholdige fibre ifølge den foreliggende opfindelse, har overlegne egenskaber med hensyn til elasticitet, styrke og deformation sammenlignet med plader, der er fremstillet med konventionelle polypropylenfibre.

31 DK 169699 B1 EKSEMPEL 3

Fiksering af den ekstruderede, ustrakte polyolefinfilm i cement

Fikseringen mellem fiber og matrix er en vigtig parameter i udviklingen af plastfibre, idet god fiksering er en forudsætning for at 5 kunne anvende fibrenes mekaniske egenskaber, men denne parameter er samtidig meget svært at måle.

Målingen af fikseringen mellem plast og cement blev udført på den ekstruderede, ustrakte film, hvorfra hver fibervariant fra eksempel 1 blev fremstillet. En ren cementpasta (Rapid-cement, vand/cementfor-10 hold 0,5) blev påført plastfilmen og på de to overflader af to cirkulære stållegemer med en indre diameter på henholdsvis 44 og 70 mm. Legemerne blev placeret koncentrisk på hver sin side af plastfilmen, således at cementen på hver sin side af plastfilmen og cementen på de respektive stållegemer klæbede til hinanden. 10 sådanne testprøver 15 blev fremstillet, og prøvernes cement blev hærdet i en befugtnings-kasse ved stuetemperatur. Efter 7 dage blev 5 af prøverne fjernet og placeret frit i laboratoriet (luftfugtighed 50%, temperatur 21°C) (tør hærdning), og de andre forblev i befugtningskassen (fugtighed 95-100%, temperatur 21eC) (våd hærdning).

20 Efter hærdning i yderligere 7 dage blev fikseringsegenskaberne hos hver af polyolefinfilmene testet. De to koncentrisk arrangerede cirkulære stållegemer blev vredet fra hinanden ved hjælp af et modstandsmoment, og det opnåede torsionsmoment blev aflæst.

Den resulterende maksimale for skydnings spænding var

M

τ s — max W

v 25 hvor My er vridningsmomentet, og Wy er vridningsmomentets reaktion. Sidstnævnte blev beregnet som følger: .44 7

Wv s JL k—l-~L- = 56835 in 2 b 32 DK 169699 B1 a - indre radius af det lille stållegeme = 44/2 mm b — indre radius af det store stållegeme = 70/2 mm

Resultaterne af testene på den ekstruderede, ustrakte film, hvorfra fibervarianterne blev fremstillet, fremgår af tabel V nedenfor.

5 Tabel V

Ekstruderet, ustrakt film med sammensætning af fibervarianter

ABC

10 rtør MPa 0,163 0,331 0,414

Vtør MPa 0,008 0,006 0,009 rvåd MPa 0,209 0,314 0,308

Vvåd MPa 0,007 0,004 0,013 15 Fibervariant A = PP-fiber

Fibervariant B = PP/kridt-fibre Fibervariant C = PP/BaSO^.-fiber rtør er gennemsnitsværdien af den maksimale forskydnings spænding hos de 5 testprøver, der dels blev hærdet i befugtningskassen og dels ved 20 omgivelsesbetingelser i laboratoriet.

Tvåd er gennemsnitsværdien af den maksimale forskydningsspænding hos de 5 testprøver, der udelukkende blev hærdet i befugtningskassen.

vtør °S Vvåd er standardafvigelsen for henholdsvis rtør og rvåd.

Det fremgår ud fra resultaterne, at værdierne for film, der inde-25 holder partikler, er systematisk bedre end for film uden partikler. Desuden er værdierne for testprøverne, der blev udsat for tør hærdning, bedre end værdierne for prøver, der blev udsat for våd hærdning. Dette er i modsætning til de resultater, der blev observeret med PP-fibrene (uden partikler) .

Claims

1. Armeringsfiber, der er fremstillet ved fibrillering af en film, og som er lavet af polyolefin eller polyolefinderivater, kendetegnet ved, at fiberen har en tykkelse på 10-100 μπι 5 og indeholder uorganiske partikler valgt blandt kridt, talkum, sili-ciumdioxid, glimmer, bariumsulfat, glas og Ti02 og andre farvemidler, idet partiklerne har en størrelse på 1-10 μπι og er til stede i fiberen i en mængde på mindst 12 vægtprocent beregnet på den totale fibervægt, hvilke partikler er indlej ret i polyolefinen eller polyo-10 lefinderivatet med i det væsentlige ingen af partiklerne synlige på fiberoverflader.

2. Armeringsfiber ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de uorganiske partikler udgør mindst 15 vægtprocent, fortrinsvis mindst 17 vægtprocent, beregnet på vægten 15 af det totale materiale.

3. Armeringsfiber ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de uorganiske partikler har en størrelse på 3-5 μπι.

4. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, 20 kendetegnet ved, at polyolefinen er valgt blandt polypropylen og polyethylen, og polyolefinderivatet er en alkohol (en vinylpolymer) , fortrinsvis polyvinylalkohol, eller en acrylsyre, eller et organisk syrearihydrid, hvor polyolefinkomponentens polyolefinkæder fortrinsvis er orienteret i det væsentlige i én retning.

5. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at fibrene omfatter polypropylen i en mængde på 83 vægtprocent og kridt i en mængde på 17 vægtprocent eller polypropylen i en mængden på 86 vægtprocent og bariumsulfat i en mængde på 14 vægtprocent.

6. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, kendetegnet ved, at fibrenes tykkelse er højst 100 μιη, fortrinsvis 20-80 μπι, især 35 μιη. DK 169699 B1

7. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, kendetegnet ved, at fibrenes bredde er 20-700 /zm, fortrinsvis 60-300 /zm, især ca. 250 /zm.

8. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, 5 kendetegnet ved, at fibrene danner et netværk, hvor længden af de enkelte fibriller er kortere end længden af spalterne mellem fibrillerne.

9. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, kendetegnet ved, at i det væsentlige alle fibre har en 10 længde på højst 15 mm, fortrinsvis højst 6-12 mm, især højst 6 mm.

10. Armeringsfiber ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, kendetegnet ved, at fibrenes overflade er reaktiv over for andre kemikalier, hvor fiberoverfladen fortrinsvis omfatter et over-15 fladeaktivt middel.

11. Fremgangsmåde til fremstilling af armerings fibrene ifølge krav 1- 10, kendetegnet ved, at fiberkomponenteme, der er i form af en plastisk 20 masse, ekstruderes således, at der opnås en film, - . filmen strækkes for at orientere filmens polyolefinkæ- der i det væsentlige i én retning, den strakte film fibrilleres ved hjælp af en kniv-og/eller nålevalse, 25. den strakte film varmebehandles for at lette eventuel le spændinger i filmen, filmens overflade behandles for at modificere overfladen, og den fibrillerede film skæres eventuelt i stykker af en 30 passende længde til dannelse af fibrene.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kendetegnet ved, at denne plastiske masse ekstruderes som en blæst film eller som en støbt film. DK 169699 B1

13. Fremgangsmåde ifølge krav 11 eller 12, kendetegnet ved, at filmen strækkes i et forhold på mindst 1:6, fx mindst 1:10, fortrinsvis mindst 1:15, især 1:17.

14. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 11-13, 5 kendetegnet ved, at den fibrillerede films overflade modificeres ved varmebehandling og/eller udsættes for kemisk modifikation og/eller elektrisk modifikation og/eller mekanisk modifikation.

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14, 10 kendetegnet ved, at den kemiske modifikation omfatter indførelse af OH-, G00H- og/eller anhydridgrupper i polyolefinkompo-nenten, den elektriske modifikation omfatter en corona-udladningsbe-handling og/eller den mekaniske modifikation omfatter sandblæsning og/eller profilering.

16. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 11-15, kendetegnet ved, at den fibrillerede film og/eller fiberen behandles med et overfladeaktivt middel.

17. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 11-16, kendetegnet ved, at filmen og/eller den fibrillerede film 20 skæres i stykker med en længde på højst 15 mm, fortrinsvis højst 12 mm., især højst 6 mm.

18. Fiberarmerede kompositmateriale, kendetegnet ved, at det omfatter et uorganisk bindemiddel og armeringsfibre ifølge et hvilket som helst af kravene 1-10.

19. Fiberarmerede kompositmateriale ifølge krav 18, kendetegnet ved, at det uorganiske bindemiddel omfatter cement såsom Portland cement, puzzolan såsom flyveaske, silicium-dioxid, wollastonit og/eller bentonit og eventuelt yderligere omfatter et superplastificeringsmiddel, fx forbindelser af sulfoneret 30 naphthalen.