FI83741C

FI83741C - Fiberarmerade plaststrukturer och foerfarande foer framstaellning av dem

Info

Publication number: FI83741C
Application number: FI850042A
Authority: FI
Inventors: Bronislaw Radvan; Anthony John Willis
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1984-01-06
Filing date: 1985-01-04
Publication date: 1992-12-15
Also published as: CA1262519A; ES8606100A1; DK6985D0; PT79801B; MY103670A; JPS60158227A; BR8500035A; ATE54874T1; KR920003059B1; NO167753B; DE3578785D1; KR850005317A; DK6985A; NO850040L; EP0148760B1; EP0148760A3; PT79801A; FI83741B; GR850023B; US4734321A

Description

1 83741

Kuitulujitteisia muovirakenteita ja menetelmä niiden valmistamiseksi Tämä keksintö koskee levymäisiä kuiturakenteita ja erityisesti sellaisia rakenteita, jotka on tarkoitettu käytettäväksi kuitulujitteisten muovimateriaalien tai -tuotteiden valmistuksessa. Keksintö koskee myös menetelmää tällaisten materiaalien valmistamiseksi.

Kestomuovihartseista tehtyjä muovilevymateriaaleja käytetään yleisesti valettujen tuotteiden valmistuksessa. Tällaisilla materiaaleilla ei kuitenkaan ole suurta lujuutta tai jäykkyyttä ja kun tällaisia ominaisuuksia vaaditaan, otetaan käyttöön kuitulujitus.

Niinpä esimerkiksi erään tällaisen materiaalin valmistuksessa lasikuitumaton kerroksia asetetaan kestomuovi-materiaalin kerrosten väliin ja yhdistelmärakenne lävistetään neuloilla kerrosten tietyn yhteenliittymisasteen saavuttamiseksi ja kuumennetaan sitten paineen alaisena muovauksessa käytettävien yhtenäisten jäykkien levyjen tuottamiseksi.

Kuitenkin tällaisten levyjen tyydyttäväksi muovaamiseksi ne on esilämmitettävä homogeenisesti. Tämä vaatii sekä ajan että tarkan lämpötilan säätöä ellei levyn pintojen ylikuumenemista ja hajoamista haluta tapahtuvan samalla, kun levyjen ydinosat saatetaan vaadittuun muovauslämpöti-laan. Samoin määrättyjen dimensioiden muovaamiseksi vaaditaan optimikokoinen yhtenäinen levy, mikäli halutaan välttää liiallista jätettä purseen muodossa. Tämän seurauksena muovaajan, joka valmistaa laajaa valikoimaa muovattuja tuotteita, on pidettävä varastossa vastaavaa valikoimaa levykokoja, oltava valmis leikkaamaan suuria 2 83741 levyjä asianmukaiseen kokoon tai hyväksyttävä suuri hukka-prosentti .

Lisäksi kun tällaisia materiaaleja käytetään syväveto-muovaukseen, on havaittu, että niitä ei kyetä käyttämään muovauskappaleiden muodostamiseen, joilla on tasainen rakennelujuus. Tämä johtuu siitä, että lasikuitumatto koostuu hyvin pitkistä lasikuitusäikeistä (ts. kuitu-kimpuista), joiden pituus on ehkä 200 cm tai enemmän ja jotka ulottuvat sattumanvaraisen serpentiinin tavoin koko arkin läpi. Tämä rajoittaa oleellisesti niiden liikettä muovauksen aikana siten, että ne eivät kykene virtaamaan kestomuovimateriaalin mukana, joka muodostaa loppuosan rakenteesta. Tämän seurauksena suhteellisen ohuista muovausosista, kuten jäykistysrivoista puuttuu kuitulujite. Lisäksi johtuen tällaisten lujitettujen levyjen valmistustavasta ne on tiivistettävä täysin käyttäen lämpöä ja painetta, jotta ne olisivat kuljetettavissa. Tämän seurauksena niitä voidaan toimittaa muovaajalle vain tasomaisina, läpäisemättöminä ja jäykkinä levyinä, joita on vaikea käsitellä jatkuvassa muo-vausprosessissa.

GB-871 117 koskee sellaisen maton valmistamista, joka sisältää "runkokuituja" ja "kestomuovisesti hitsattavia" kuituja, jotka käsitellään paineella ja lämmöllä rakenteellisen yhtenäisyyden aikaansaamiseksi, minkä jälkeen rakenne impregnoidaan nestemäisellä synteettisellä hartsilla läpäisemättömän lopputuotteen aikaansaamiseksi.

US-patentissa 3 897 533 käytetään lähtöaineena katkokuitu-mattoa ja muovikomponenttina erityistä kestomuovista PVC-muovia. Menetelmä käsittää nestemäisen vinyylikloridimono-meerin vesiemulsion muodostamisen siten, että emulsion sisäfaasi muodostuu hyvin pienistä nestemäisistä monomeeri- 3 83741 palloista, jotka sitten emulsiopolymeroidaan polymeeri-hiukkasiksi. Polymeeriemulsiolla impregnoidaan lasikuitumat-to, joka sen jälkeen kuivataan.

Tämän keksinnön tarkoituksiin kuuluu saada aikaan kuidun ja muovin yhdistelmämateriaali käytettäväksi kuitulujit-teisten muovituotteiden muovauksessa, jolla voitetaan tai lievitetään yllä kuvattuja tunnettujen materiaalien haittoja.

Tämä keksintö kohdistuu näin ollen ilmaa läpäisevään levymäiseen rakenteeseen, jolle on tunnusomaista, että se sisältää 20-60 paino-% yksittäisiä erillisiä lujittavia kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin n. 10 000 MPa ja jotka ovat n. 7-50 mm pitkiä, ja 40-80 paino-% kokonaan tai oleellisesti tiivistämätöntä, hiuk-kasmaista kesto- ja/tai kertamuovimateriaalia, jonka hiukkaskoko on pienempi kuin n. 1,5 mm ja jossa kuituja muovikomponentit on sidottu ilmaa läpäiseväksi rakenteeksi hiukkasmaisen muovimateriaalin säilyttäessä hiuk-kasmaisen rakenteensa ja ollessa jakautuneena läpi koko rakenteen.

Kuidut ovat edullisesti yksittäisten, erillisten kuitujen muodossa. Näin ollen, kun käytetään lasikuituja ja ne vastaanotetaan silputtujen säiekimppujen muodossa, kimput hajotetaan yksittäisiksi kuiduiksi ennen kuin rakenne muodostetaan.

Korkean kimmomoduulin on katsottava tarkoittavan oleellisesti korkeampaa kimmomoduulia kuin tiivistetyllä levyllä, joka rakenteesta voitaisiin muodostaa. Tähän luokkaan osuvia kuituja ovat 4 83741 lasi-, hiili- ja keraamiset kuidut ja sellaiset kuidut kuin arami-dikuidut, joita myydään kauppanimillä Kevlar ja Nomex ja niihin kuuluvat mitkä tahansa kuidut, joiden moduuli on yli 10 000 MPa.

Hiukkasmaisten muovimateriaalien on katsottava sisältävän lyhyet muovikuidut, joita voidaan sisällyttää parantamaan rakenteen koos-sapysyvyyttä valmistuksen aikana.

Sitominen voidaan toteuttaa käyttämällä hyväksi rakenteessa olevan muovimateriaalin termisiä ominaisuuksia. Niinpä rakennetta voidaan lämmittää riittävästi kestomuovikomponentin saamiseksi sulamaan pinnoiltaan kiinni vieressä oleviin hiukkasiin ja kuituihin. Vaihtoehtoisesti jäljestäpäin muotoiltavaa kertamuovi-komponenttia voidaan kuumentaa aikaansaamaan samanlainen vaikutus. On kuitenkin noudatettava varovaisuutta, jotta taataan, että lämmitysolosuhteet ovat sellaiset, että estetään muovimateriaalin hajoaminen sitomisen jälkeen.

Vaihtoehtoisesti sideainetta voidaan lisätä rakenteen valmistuksen aikana sidonnan aikaansaamiseksi. Voidaan käyttää mitä tahansa : sideainetta, joka saa aikaan sidoksen alemmassa lämpötilassa kuin se, joka johtaisi rakenteessa olevan muovimateriaalin tiivistymi-.*· seen. Sopivia sideaineita ovat polyvinyylialkoholi, polyvinyyli-; asetaatti, karboksimetyyliselluloosa ja tärkkelys.

Yksittäiset kuidut eivät saisi olla lyhyempiä kuin 7 mm, sillä lyhyemmät kuidut eivät saa aikaan riittävää lujitusta lopullisessa muovatussa tuotteessa. Ne eivät myöskään saisi olla pitempiä kuin 50 mm, sillä tällaisia kuituja on vaikea käsitellä kuitu-rakenteelle edullisessa valmistusprosessissa.

-V Lasikuidut ovat halhaisijaltaan edullisesti 13 mikronia tai alle sen. Halkaisijaltaan yli 13 mikronin kuidut eivät lujita niin ··/. tehokkaasti muovimatriisia muovauksen jälkeen.

:*·. Muovimateriaali on edullisesti hiukkasmaisessa muodossa ja se voi olla kestomuovi, kertamuovi tai näiden kahden seos. Sopivia 5 83741 kestomuoveja ovat polyeteeni, polypropeeni, polystyreeni, akryyli-nitriili-styreeni-butadieeni, polyeteenitereftalaatti ja polyvi-nyylikloridi, sekä pehmitetty että pehmittämätön. Arvellaan, että mitä tahansa kestomuovipulveria voidaan käyttää, johon vesi ei kemiallisesti vaikuta ja jota voidaan lämmöllä riittävästi pehmittää sulatuksen ja/tai muovauksen sallimiseksi ilman, että se hajoaa kemiallisesti.

Muovipulvereiden ei tarvitse olla liian hienojakoisia, mutta karkeammat kuin n. 1,5 mm:n hiukkaset, joista esimerkkeinä ovat karkea hiekka tai hienot riisijyvät, ovat epätyydyttäviä siinä mielessä, että ne eivät valu riittävästi muovausprosessin aikana tuottaakseen homogeenisen rakenteen. Suurempien hiukkasten käyttö johtaa materiaalin merkittävään kimmomoduulin laskuun tiivistettynä. Muovihiukkaset ovat kooltaan edullisesti korkeintaan 1 mm.

Koska rakenne on läpäisevä, sitä voidaan esilämmittää kuumailma-läpäisyllä. Tämä tekniikka sallii koko rakenteen nopean homogeenisen lämmityksen tavalla, jota on vaikea saavuttaa tiivistetyillä levyillä.

Sidosaste säädetään edullisesti saattamaan komponentit pysymään yhdessä samalla, kun ne säilyttävät riittävän taipuisuuden salliakseen rakenteen puolaamisen. Puolatussa tilassa sitä voidaan helposti kuljettaa muovaajan käytettäväksi jatkuvassa esilämmitys-ja muovausprosessissa. Vaihtoehtoisesti ja materiaalihäviönkin minimoimiseksi muotoiltuja osia voidaan leikata, puristaa tai meistää rakenteesta ja toimittaa muovaajalle muodossa, joka sallii tuotteiden muovaamisen minimipurseen poisheittämisellä. Jäännösmateriaali voidaan kierrättää muodostusprosessin läpi eikä enempää kuiturakenteen muovaajalle kuin valmistajallekaan tule eteen tarvetta heittää pois jätemateriaalia.

Vaihtoehtoisesti sidosaste voi olla sellainen, että se tuottaa jäykän, mutta silti ilmaa läpäisevän levyn, kun tämä täyttää muovaajan vaatimukset. Tämä toteutetaan säätämällä kestomuovin 6 83741 sulamisastetta tai lisätyn sideaineen määrää halutun vaikutuksen saavuttamiseksi säädön riippuessa käytettyjen kestomuovien tai sideaineiden lajista.

Rakenteen huokoisuus sallii nestemäisen kertamuovihartsin valinnaisen lisääämisen pintapäällystyksellä tai kyllästyksellä. Tällaisten hartsien on luonnollisesti oltava hitaasti kovettuvaa tai jälkeenpäin muodostettavaa lajia niin, että ne sallivat toimittamisen muovaajalle ja muovauksen ennen kuin kovettuminen tapahtuu.

Muovaaja lämmittää tyypillisesti ensin nopeasti rakenteen kesto-muovikomponentin muovauslämpötilaan. Levy siirretään sitten nopeasti muovauspuristimeen ja puristetaan haluttuun muotoon, ennen kuin kertamuovihartsin kovettuminen on mennyt loppuun.

Kyllästys voi olla täydellinen, missä tapauksessa tuloksena on tiivis tuote, tai se voi olla rajoitettu tuotteen pintakerroksiin. Tämä voi antaa riittävän jäykkyyden kasvun alkuperäiseen paisutettuun kestomuoviin verrattuna yhdessä suljetun pinnan kanssa, joka estää muiden nesteiden, kuten veden tai öljyn enemmän tun-; keutumisen paisutettuun keskivyöhykkeeseen. Ylimäärää nestemäisiä kertamuovimateriaaleja voidaan myös käyttää pinnalla tuottamaan hyvin tasainen, kiiltävä ulkonäkö, joka on toivottava, kun muovaus-kappaletta on määrä käyttää metallilevyn korvikkeena, ja joka on erittäin vaikea saavuttaa tavanomaisilla kuitulujitteisilla materiaaleilla.

Kertamuovihartseja, joita voidaan käyttää paisutetun kestomuovi-levyn kyllästämiseen, ovat fenoli- ja polyestefihartsit, esimerkiksi fenoli-formaldehydihartsi, urea- ja melamiin^_^orma^<^e^Y<^^^art-sit, epoksihartsit, tyydyttämättömät polyesterit Ja polyuretaanit. Jälkeenpäin muodostettavia kertamuovimateriaal®3a voidaan myös käyttää.

Niissä tapauksissa, joissa muovaaja on varustautunut käsittelemään vain tiivistettyjä levyjä, kuiturakenne voidaan tiivistää leikkaamalla sopiviin pituuksiin ja lämmittämällä ja jäähdyttämällä 7 83741 paineen alaisena. Voidaan arvioida, että tällainen tiivistä-miminen voidaan suorittaa ainoastaan, kun levyn muovisisältö on kokonaan kestomuovimateriaalia.

Toisessa kohdassaan tämä keksintö kohdistuu menetelmään valmistaa läpäisevä levymäinen kuiturakenne, jolle on tunnusomaista, että muodostetaan matto, jossa on 20-60 % yksittäisiä erillisiä kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin n.

10 000 MPa ja jotka ovat n. 7-50 mm pitkiä, ja 40-60 paino-% kokonaan tai oleellisesti tiivistämätöntä hiukkasmaista kestoja/ tai kertamuovimateriaalia, jonka hiukkaskoko on pienempi kuin n. 1,5 mm, ja käsitellään sitten mattoa kuitujen ja muovi-materiaalin sitomiseksi yhteen ilmaa läpäiseväksi levyrakenteeksi, jossa hiukkasmainen muovimateriaali on säilyttänyt hiukkasmaisen muotonsa ja on jakautuneena koko rakenteeseen.

Matto muodostetaan edullisesti GB-patenteissa 1 129 757 ja 1 329 409 kuvatulla menetelmällä, jotka patentit koskevat menetelmiä tuottaa kuituarkkeja paperikoneistolla. Tällä menetelmällä saavutetaan yksittäisten kuitujen erittäin tasainen jakautuma arkissa silloinkin, kun kuidut ovat paljon pitempiä kuin mitä tavanomaisessa paperikoneistossa voidaan käsitellä.

Kuitenkin tietyissä olosuhteissa voidaan käyttää muita maton-muodostustekniikoita. Niinpä esimerkiksi tällainen rakenne voidaan muodostaa käyttäen kuitujen ja muovipulverin hyvin pienen konsistenssin dispersiota yhdessä sideaineen kanssa ja muodostamalla rakenne paperikoneelle, jossa on "kohoava viira". Vaihtoehtoisesti matto voidaan muodostaa Rotiformer-laitteiston (rekisteröity tavaramerkki) avulla.

Kuitujen ja muovipulverin matto voidaan muodostaa myös käyttäen kuivalevitystekniikkaa, jollaista on kuvattu GB-patenteissa 1 424 682. Tässä tapauksessa sideaine voidaan levittää suihkun muodossa tai kastamalla ja valuttamalla matto sen jälkeen, kun se on muodostettu.

Joka tapauksessa kuitenkin sen jälkeen, kun matto on muodostettu, sitä käsitellään tavallisesti lämmittämällä sidonnan aikaansaamiseksi tiivistämättä oleellisesti matossa pidettyjä muovihiukkasia.

8 83741

Lievää mittausta voidaan suorittaa jotta taattaisiin, että tuotetulla rakenteella on vakiopaksuus. Kuitenkin paine- ja lämpötilaolosuhteiden on oltava alemmat kuin ne, jotka tiivistäisivät maton ja yhtenäistäisivät jonkin kestomuovikomponentin tai kovettaisivat jonkin kertamuovikomponentin, jota se saattaa sisältää.

Valinnaisesti kun asiakas on varustautunut vain käsittelemään tiivistettyjä levyjä ja kuiturakenteen muovisisältö on kokonaan kestomuovimateriaalia, rakenne leikataan vaadittuihin pituuksiin, minkä jälkeen se saatetaan lämmitykseen ja jäähdytykseen paineen ; alaisena tiivistyksen aikaansaamiseksi.

Keksintöä kuvataan nyt tarkemmin viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa:

Kuva i on kaavamainen poikkileikkaus osasta keksinnön mukaista , kuiturakennetta, kuva 2 on kaavamainen mikroskooppikuvanto osasta kuvan 1 kuitu-rakennetta, ja : '· kuva 3 on kaavamainen sivukuvanto laitteistosta, jolla tämän kek-: sinnön edullinen prosessi toteutetaan, kuva 4 on kaavamainen sivukuvanto laitteistosta, jolla toteutetaan valinnaisesti prosessin lisävaihe ja :.· kuva 5 on graafinen esitys, joka kuvaa erästä keksinnön ominais- piirrettä.

Viitaten ensin kuviin 1 ja 2 niissä esitetään tiivistämätöntä kuiturakennetta, joka koostuu kuiduista 1, jotka on sidottu yhteen niiden leikkauskohdista 2 sideaineella niin, että muodostuu rankorakenne, jonka välitiloissa sideaine pidättää myös hiukkas-: maista muovimateriaalia 3.

Kuidut ovat tyypillisesti 12 mm pitkiä ja halkaisijaltaan 11 mikro-nia olevia lasikuituja, sideaine on polyvinyylialkoholi ja muovi-materiaali on polypropeenihiukkasia.

9 83741

Viitaten kuvaan 3 se esittää laitteistoa, jolla valmistetaan kuiturakenne keksinnön edullisen menetelmän mukaisesti. Kohdassa 10 esitetään tasoviiratyyppinen paperikoneen märkäpää, joka sisältää perälaatikon 11, jossa on dispersio 12. Dispersio 12 koostuu lasikuiduista ja hiukkasmaisesta polypropeenista vaahdotetussa vesipitoisessa väliaineessa. Sopiva vaahdotusaine koostuu natriumdodekyylibentseenisulfonaatista, jonka väkevyys on 0,8 % vedessä.

Tasoviiralla 13 imulaatikoiden 16 avulla tapahtuneen valutus-kuivauksen jälkeen muodostuu matto 17 sitomattomista lasikuiduista dispergoituna yhteen polypropeenihiukkasten kanssa. Tämä siirretään varovasti tasoviiralta 13 lyhyelle päättymättömälle lanka-verkkohihna1le 18, joka on kiristetty telojen 19 ympärille. Hihna 18 vie maton 17 suihkujen 20 alle, jotka levittävät nestemäistä sideainetta. Valinnaisesti sideaine voidaan levittää tunnettua rakennetta olevan verhoDäällystimen avulla. Matto siirretään sitten ruostumatonta terästä olevalle päättymättömälle kuljetus-hihnalle 21, joka on kiristetty telojen 22 ympärille ja joka vie maton kuivaustunnelin 23 läpi. Tämä saa jäännoskosteuden haihtu-. maan ja sideaineen sitomaan kuidut yhteen. Lähellä kuivaustunne- : Iin päätä matto 17 ajetaan telaparin 24 läpi, jonka tehtävänä : on säätää tuloksena olevan kuiturakenteen paksuutta painetta käyt- : tämättä. Tuloksena oleva levymateriaali ajetaan sitten nuolen .·. 25 suunnassa puolattavaksi.

Väline yllä kuvatulla tavalla tuotetun materiaalin valinnaiseksi tiivistämiseksi esitetään kuvassa 4. Tämä esittää teräshihnatyyp-pistä jatkuvatoimista kuumapuristinta (Sandwich Conveyors Ltd.), jota voidaan käyttää materiaalin tiivistämiseen, joka vastaanotetaan suoraan teloilta 24, tai materiaalin, joka jo on puolattu. Puristin esitetään kuvan 4 kohdassa 30, jossa paria liikkuvia .·-· päättymättömiä teräshihnoja 31 pidetään kumpaakin pyörivän rumpu-· parin 32 ja 33 ympärillä. Hihnaparin 31 välinen rako pienenee ·. · tulopäästä 34 noistopäähän 35 ja rajoittaa kanavaa, jonka läpi ;. · matto (ei esitetty) kuljetetaan oikealta vasemmalle. Rumpujen 32 ja 33 välille on sijoitettu kuusi rullaketjusarjaa 36a, 36b ja 10 83741 36c, jotka on järjestetty pareiksi kanavan vastakkaisille puolille hihnojen 31 viereen. Alemmat ketjusarjat 36a, 36b ja 36c ovat kiinteitä, mutta ylemmät sarjat on asennettu käännettäviksi ja yhdistetty hydraulisiin mäntiin 37. Tällä tavoin jokainen ketjupari 36a, 36b ja 36c toimii ohjaten ja pitäen hihnoja 31 paikallaan ja myös tiivistäen mattoa samalla, kun sitä kuljetetaan kanavan läpi. Ketjujen 36b ja 36c väliin on sijoitettu kaksi kiil-lotustelaa 38, jotka on asetettu kanavan vastakkaisille puolille hihnojen 31 viereen; alemman telan ollessa tuettu hydraulisella puristimella 39. Nämä telat 38 auttavat edelleen tiivistämään mattoa. Ketjusarjojen 36a ja 36b sisällä on kuumennus levyt 40a ja 40b, jotka lämmittävät hihnoja 31 ja ne vuorostaan mattoa, kun taas jääh-dytyslevyt 40c on sijoitettu ketjusarjan 36c sisään. Tämän keksinnön lisäedut käyvät ilmi seuraavista esimerkeistä.

Esimerkki 1 12 kg polyoropeenipul ver.ia (laatu PXC 8609, valmistaja ICI Ltd.) ja 4 kg lasikuitua (laatu E.C., halkaisija 13 ^um, pituus 12 mm) sekoitettiin 1600 litraan vettä vaahdotuskennossa (Denver Equipment ’· ' Co.), kuten GB-patenteissa 1 129 757 ja 1 329 409 on kuvattu.

Riittävästi vaahdotusainetta (natriumdodekyylibentseenisulfonaatti) lisättiin hienokuplaisen vaahdon tuottamiseksi, jonka ilmasisältö oli suunnilleen 67 tilavuus-%. Vaahdotettu dispersio siirrettiin : : sitten kuvassa 3 esitetyn laitteiston perälaatikkoon 11.

Suspensio kerrostettiin paperikoneen tasoviiralle 13 ja vesi valutettiin pois käyttäen imulaatikoita 16. Kuitumatto siirrettiin polyesteriä olevalle päättymättömälle hihnalle 21 hihnan 18 kautta, mutta käyttämättä sideainetta, kuivattiin sitten tunnelikuivu-. . rissa 23 l05°C:ssa ja puolattiin.

Kuvassa 4 esitetyn tyyppinen jatkuvatoiminen kuumapuristin kuu-: mennettiin 160°C:n lämpötilaan rummussa 32, kohottaen 200°C:een kuumennus levyissä 40a ja 270°C:een kuumennuslevyissa 40b. Kylmää ! vettä kierrätettiin jäähdytyslevyjen 40c läpi niiden lämpötilan pitämiseksi 20°C:ssa. Hihnojen 31 välinen rako asetettiin 5 mmriin tulokohdassa 34 ja se laski 2,3 mm:iin poistokohdassa 35. Puolattua 11 83741 kuitumattoa syötettiin sisääntulokohdassa nopeudella 2,5 m/min ja se tuli ulos täysin tiivistettynä tasomaisin,silein pinnoin.

_ 2 Tämän materiaalin lopulliseksi vetolujuudeksi mitattiin 60 MNm Esimerkki 2

Jatkuvaa mattoa, joka sisälsi 50 % silputtua säielasikuitua, jonka halkaisija oli 11 ^um ja pituus 13 mm, ja 50 % jauhettua polypropeenia painosta laskettuna, käytettiin vaahdotetun dispersion valmistukseen yleisesti esimerkissä l kuvatulla tavalla. Tätä dispersiota käytettiin sitten maton muodostukseen 1,1 m leveän 2 paperikoneen märkäpäässä. 450 g/m :n kostea matto tuotettiin nopeudella 8 m/min ja kyllästettiin päällystämälla se viiralla 18 1 %:sella polyvinyy1ialkoholi1iuoksella, joka toimi sideaineena. Matto johdettiin sitten suoraan tunnelikuivuriin 23. Kuivurin ensimmäinen osa oli asetettu !05°C:een maton kuivaamiseksi varovasti, vaikka seuraavat kolme osaa oli asetettu 150-160°C:een, ts. polypropeenin sulamispisteen alapuolelle. Ulostulevalla materiaalilla, joka koostui polypropeenihiukkasista, jotka oli tuettu yhteen sidottujen, erillisten lasikuitujen mattoon, oli riittävä lujuus puolausta varten ja sitä voitiin kuljettaa hajoamatta tai - ilman polypropeenipulverin vakavaa menetystä.

Materiaalirullat leikattiin 1,8 x 0,8 m:n arkeiksi. Arkit lami-; : noitiin viisi yhdellä kertaa 1,6 m/min:n nopeudella jatkuvatoimi sessa kaksoishihnapuristimessa (valmistaja Sandvik. Fellbach, Länsi-Saksa). Koneen ensimmäinen vyöhyke oli 2,6 m pitkä ja lämmitetty öljyllä 300°C:een (näytteen lämpötila 210-220°C); näytteisiin kohdistettu paine oli 3 baaria. Koneen toinen vyöhyke oli vesijäähdytteinen (paine 2 baaria) ja jäykät, täysin tiivistetyt levyt tulivat ulos n. 80°C:ssa kuljettuaan läpi vaiheen, jossa - kaikki ilma oli ajettu pois huokoisesta matosta (vastaten tiheyttä - - 3 ...

: 1,33 g/cm ). Näitä levyjä kyettiin muovaamaan puolivalmiiksi tuotteiksi.

; Esimerkki 3

Esimerkin 1 prosessia suoritettiin kunnes matto kerrostettiin päättymättömälle hihnalle 21. Sideainetta, joka koostui akryyli-lateksista, joka oli laimennettu 0,75 %:n kuiva-ainepitoisuuteen, 12 83741 levitettiin sitten tavanomaisen verhopäällystimen (ei esitetty) avulla liikkuvalle matolle. Ylimääräinen lateksiliuos imettiin maton läpi ja kierrätettiin takaisin. Maton neliöpaino oli 500 g/m ja lateksia levitettiin 33 1/m, kun matto liikkui 9 m/min päättymättömällä hihnalla ja 2 litraa jäi jokaiseen 9 metrin mattopituuteen.

Taulukossa 1 luetellaan esimerkit 4-10, joissa valmistettiin levyjä yleisesti esimerkissä 1 kuvatun menetelmän mukaisesti käyttäen erilaisia määriteltyjä kuituja matriisissa, jonka muodostivat kooltaan alle 1 millimetrin polypropeenihiukkaset.

Taulukossa 2 luetellaan esimerkit 11-21, joissa valmistettiin arkkeja yleisesti esimerkissä 1 kuvatun menetelmän mukaisesti käyttäen useita eri kuituja matriiseissa, jotka oli muodostettu kolmesta eri kestomuovipolymeerista .

Eri esimerkit kuvaavat keksinnön monipuolisuutta ja sen soveltuvuutta käytettäväksi suuren valikoiman kanssa lujittavia kuituja "· ‘ ja kestomuove ja .

. Kuva 5 on graafinen esitys, joka esittää kestomuovin hiukkaskoon vaikutusta tiivistettyjen levyjen kimmomoduuliin, jossa kuvassa : vaaka-akseli ei ole mittakaavaltaan yhdenmukainen kuvauksen selvyyden vuoksi. Käyrä osoittaa, että kimmomoduuli alkaa laskea, kun hiukkaskoko on yli 1 mm. Yli 1,5 mm:n koossa kimmomoduuli huononee merkittävästi.

t 13 83741 3

X

CV) — >< -P ÖXN CO CO O m σι in pi PE......n- tn P'HpX'JCOf'ICOiNlI) >(00001-0 5 >·ηΟ H ρ ρ oo οο Λ Φ e e e £ ο χ: ο υ υ υ ηη —- ρ ρ\ ρ σ' Cn υ I e m n· v) 3 m oo

4_j (/} Ή (N H H

e 3 ~ g >3Φ σ σ oo t— p in ^ ρ το Cu m r·- r- σ O m σ

e β ρ Σ .H

•H H r—I ^

•H -H

® , W

•H I T-l •h en m U C -H ·* -t-> +->--> Te * » «

2 5 Sm in in in O O O O XI £ E E

E > 3 Φ CN (—in- oo oo co oo C 3 C

H P XJ CL, (f M (f M 10 ·>! H C P P P

e mo2T ro m r-· io oo cni x> 3 S HE- ^ <D 13

Q- S

O CO

Sm 2πιχ t- OM m oo m O m ρ Φ +-> ro u. ·ί r' n oo ^ m Ρ -M Φ 3 Σ P p m o p > c-ι —- 3 α :rB S . . .

- 1-1 -H E E E

£ „ a E E E

>i e tn — >s o >i ro C m m es) 4J(Q φ g en in co m O ^ —1 p —1 '—* 1—1 [ i \y> (-< Cft i—I ΓΟ O f—I CTi O Ό Z S £ oi °' ^ °' ^ ° ^ 1___

Po en — -Π -rt x >

:ro -H I

‘.fC *H ‘O O

•m -μ h coj m in O O O m m pH -h E f—^ O ro co m Γ""- r—<

tn C m m \ ^ Γ" I—1 CT> rH

P 3 Φ zatj> 0\l (Nl OO CN) (N! CNI CN

-Ρ Φ — O 3 e M X e

Ji -H -P , 3 m x £ P > ro χ

3 CL -H -H O

ro e ro , τ> -g Λ1 ^ -h

p_* Λ) ij -H -H Ή -H Ον) -P

H ^ -i—t -<—t *—! i—i i—i E E O :ιϋ X

Ό _ tn tn tn -ρ -p ro ro ρ ·ρ -p O

3 ro ro <0 ro ·ρ -Ρ Ρ P ρ p -Ρ P .* p en χ χ j x re < < p · x -p • H (Λ CN Cu O Φ im

3 2 ™ >s 00 -P P

Φ -Ρ I e :ro -P -P

C -P O ρ φ -Ρ -Ρ Φ C -P -P C -P P P C £ φ ro C ·Η = = = = = = lyrO -Ρφ:0 .pom ro ro σ -ρ Φΐη-ρ

G ρ cn tn e o rH

> c Q G O Ό -Ρ Φ m m o OOOmtNo^ixi oo ι υ ·ρ -μ m e

-Ρ·η G rs) ·<* LO P m P Ρ ρ P x» p 3 -P :fO

jj e os o ro -p en φ 3 p ro -p -m o tnptnroc.£:rorop .3, „ H ss. t?>S£ ί « υ p -p ro row-* i 3ΕΦθ3-ΡΦπ)ΐη3Φ·Ρ

3 tn 3 tn -p lc φ 3tnrororöOEC

Ρ :0 -P 3 CT3Ö>OEEGto-PO

e-p 3 pp-PXraCEEroopP

.ρ p p >= = = = = = Q3C H -H B (3 &Η H il Γ .3 n ro o m o i -ρ s ρ ρ Φ -ρ -ρ -ρ

i—l -PCL-PGCnOiZLiEE

w r-t .ρ tn ρ 3 -ρ SS. X C 3 Q e

Φ O Φ II II II II II II II II

οοσιιηοοιηοοιη §υιφ

-p oo oo ro o G

I -P o

1 Ό P

•P -P G tn •P -P rH E 3 (> tn -p tu p 3

, TO ••rD-ppO&OoocN

I EJX!<ftia50NEE

•ρ ρ o ρ -p e ö m —v ε ιηφ (¾1 in ιο t— oo en O 3.....p(TJwQ43)E3

WE P £ POJMO· patJitySilE N

14 83741

Taulukko 2

Muiden kestomuovien kuin polypropeenin käytön vaikutus

Esi- Yhdistelmä Neliö- Veto- Taivutus- merkki paino lujuus moduuli _ _ (q/m2) (MPa) (MPa) 11 20 paino-% lasia PETrssa 3000 74 6100 12 20 paino-% hiiltä PET:ssa 2075 121 10860 13 40 paino-% lasia PET:ssa 3000 150 10700 14 20 paino-% lasia PPO:ssa 2500 76 4300 15 40 paino-% lasia PPO:ssa 2500 116 7000 16 50 paino-% lasia PPO:ssa 2500 147 8600 17 15 paino-% hiiltä PPO:ssa 2025 79 6750 L8 20 paino-% hiiltä PP0:ssa 21L5 118 9900 19 32 paino-% hiiltä PBTrssa 1850 144 18890 20 28 paino-% lasia )pBT;ssa , 890 l55 13530 10 paino-% hiiltä ) 21 40 paino-% lasia PBT:ssa 1940 117 10290 PET = Polyeteenitereftalaatti PBT = Polybuteenitereftalaatti, jota Atochem UK myy nimellä "Orgator TMNO" PPO = Polyfenyleenioksidi, jota General Electric myy nimellä "Noryl" . . Yksiköt ja kuitudimensiot kuten taulukossa l Esimerkki 22

Valmistettiin polypropeeniliete dispergoimalla hiukkasmaista polypropeenia, jonka hiukkaskoko on alle 1 mm, veteen 25 %:n kuiva-ainepitoisuuteen suuren leikkausnopeuden sekoittimessa käyttäen dis-pergointiainetta, jota myydään kauppanimellä "Catafix".

Tuloksena oleva liete laimennettiin edelleen 7 %:n kuiva-ainepitoisuuteen ja johdettiin siipipumpun tuloputkeen, joka pumppu syötti Rotiformer-laitteen (rekisteröity tavaramerkki) kanavaa. Yksittäisiä lasikuituja, joiden halkaisija oli 11 mikronia ja pituus 13 mm, syötettiin samanaikaisesti siipipumpun tuloputkeen 40 paino-%:n määrä polypropeenista laskettuna.

15 83741

Rotiformer-laitteella muodostettua levyä suihkukäsiteltiin sitten akryylilateksisideaineella, joka oli laimennettu 0,75 %:n kuiva-ainepitoisuuteen, ja puolattiin. Kun levy sen jälkeen tiivistettiin, sillä havaittiin olevan huonompi muodostuminen kuin esimerkkien 1 ja 2 levyillä, vaikka silti hyväksyttävä.

2

Tiivistettynä levyn neliöpaino oli keskimäärin 562 g/m (koneja poikkisuuntien välillä) taivutusmoduuli 6603 MPa ja vetolujuus 53 MPa.

Kun levyt jäävät läpäiseviksi, ne voidaan sen jälkeen muovata muotoonsa lämmittämällä muovauslämpötilaan johtamalla kuumaa ilmaa levyn läpi ja saattamalla ne sitten muovausprosessiin, jota on kuvattu suomalaisessa patenttihakemuksessa 850044.

Claims

1. Ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että se sisältää 20-60 paino-% yksittäisiä erillisiä lujittavia kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin n. 10 000 MPa ja jotka ovat n. 7-50 mm pitkiä, ja 40-80 paino-% kokonaan tai oleellisesti tiivistämätöntä, hiukkasmais-ta kesto-ja/tai kertamuovimateriaalia, jonka hiukkaskoko on pienempi kuin n. 1,5 mm ja jossa kuitu- ja muovikomponen-tit on sidottu ilmaa läpäiseväksi rakenteeksi hiukkasmaisen muovimateriaalin säilyttäessä hiukkasmaisen rakenteensa ja ollessa jakautuneena läpi koko rakenteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että hiukkasmainen muovimateriaali sisältää lyhyitä muovimateriaalin kuituja.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että hiukkasmainen muovimateriaali käsittää kestomuovihiukkasia, jotka ovat pinnoistaan sulautuneet kiinni kuituihin ja toisiinsa rakenteen sitomiseksi yhteen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että se käsittää myös sideaineen sen kuitu- ja muovikomponenttien välisen sidoksen aikaansaamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että sideaine on polyvinyylial-koholi, polyvinyyliasetaatti, karboksimetyyliselluloosa tai tärkkelys.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että sidontaa on säädetty komponenttien pitämiseksi koossa samalla, kun on säilytetty riittävä taipuisuus rakenteen puolauksen sallimiseksi. 17 83741

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että sidonta-astetta on säädelty jäykän, mutta ilmaa läpäisevän levyn tuottamiseksi.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siltä, että erilliset lujittavat kuidut ovat lasikuituja, joiden halkaisija on 13 mikronia tai vähemmän.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että kesto-muovimateriaali on polyeteeni, polypropeeni, polystyreeni, akryylinitriili-styreeni-butadieeni, polyetyleeniterefta-laatti tai polyvinyylikloridi, sekä pehmitetty että pehmit-tämätön.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että hiukkas-maisen muovimateriaalin hiukkaset eivät ole kooltaan yli 1 mm.

11. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että se on päällystetty tai kyllästetty nestemäisellä kertamuovi-hartsilla.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että sanottu kertamuovihart-si käsittää fenoli- ja polyesterihartsit.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen ilmaa läpäisevä levymäinen rakenne, tunnettu siitä, että hartsit ovat fenoli-formaldehydihartsia, urea- ja melamiini-formaldehydihartse-ja, epoksihartseja, tyydyttämättömiä polyestereitä ja poly-uretaaneja. ie 83741

14. Menetelmä läpäisevän levymäisen kulturakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että muodostetaan matto, jossa on 20-60 % yksittäisiä erillisiä kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin n. 10 000 MPa ja jotka ovat n. 7-50 mm pitkiä, ja 40-60 paino-% kokonaan tai oleellisesti tiivistä-mätöntä hiukkasmaista kesto- ja/tai kertamuovimateriaalia, jonka hiukkaskoko on pienempi kuin n. 1,5 mm, ja käsitellään sitten mattoa kuitujen ja muovimateriaalin sitomiseksi yhteen ilmaa läpäiseväksi levyrakenteeksi, jossa hiukkasmainen muovimateriaali on säilyttänyt hiukkasmaisen muotonsa ja on jakautuneena koko rakenteeseen.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiukkasmainen muovimateriaali sisältää lyhyitä muovimateriaalin kuituja.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiukkasmainen komponentti on kestomuovima-teriaalia ja sidonta on aikaansaatu lämmittämällä rakennetta tarpeeksi hiukkasten pintojen sulattamiseksi yhteen toisiinsa ja kuituihin.

17. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sidonta aikaansaadaan lisäämällä rakenteeseen sideainetta.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaine on polyvinyylialkoholi, polyvinyyliase-taatti, karboksimetyyliselluloosa tai tärkkelys.

19. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erilliset lujittavat kuidut ovat lasikuituja, joiden halkaisija on 13 mikronia tai vähemmän.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 14-19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiukkasten kestomuovimateriaali on polyeteeni, polypropeeni, polystyreeni, akryylinitriili- is 83741 styreeni-butadieeni, polyetyleenitereftalaatti tai poly-vinyylikloridi, sekä pehmitetty että pehmittämätön.

21. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sidonta-astetta säädetään komponenttien pitämiseksi koossa samalla, kun säilytetään riittävä taipuisuus rakenteen puolauksen sallimiseksi.

22. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sidonta-astetta säädetään jäykän, mutta ilmaa läpäisevän levyn tuottamiseksi.

23. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levy on lisäksi päällystetty tai kyllästetty nestemäisellä kertamuovihart-silla.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu kertamuovihartsi käsittää fenoli- ja polyesterihartsit.

25. Jonkin patenttivaatimuksista 14-24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan kuitu- ja muovikomponen-teista vesidispersio, levitetään se rei'itetylle kannatus-alustalle ja annetaan dispersion valua pois alustan läpi maton muodostamiseksi.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesidispersio vaahdotetaan.

27. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matto valmistetaan käyttäen kuivakerrostustekniikkaa ja sideaine levitetään suihkun avulla tai kastamalla ja valuttamalla matto kuivaksi sen jälkeen, kun se on muodostettu. 20 83741

28. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-27 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuiturakenteen muovisisältö on kokonaan kestomuovimateriaalia, joka saatetaan lämmitykseen ja jäähdytykseen paineen alaisena tiivistyksen aikaansaamiseksi.

29. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 14-28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levy edelleen kuumennetaan ja muovataan ennalta määrättyyn muotoon.