KR20080067327A - Glass fiber bundles for mat applications and methods of making the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 부직 섬유 매트에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 종래 매트 형성 용도, 특히 습식 매트 형성 용도에 사용되던 유리 폼 (glass form) 의 대체물로서 사용될 수 있는 절단 유리 섬유 (chopped glass fiber) 의 건조 다발에 관한 것이다. 또한, 절단 유리 섬유의 건조 다발을 형성하는 방법이 제공된다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to nonwoven fiber mats, and more particularly to chopped glass fibers that can be used as a substitute for glass forms that have been used in conventional mat forming applications, in particular wet mat forming applications. Relates to a dry bundle. Also provided is a method of forming a dry bundle of chopped glass fibers.
일반적으로, 유리 섬유는 용융 유리를 부싱 또는 오리피스 플레이트를 통해 필라멘트로 인발한 후 그 필라멘트에 윤활제, 커플링제 및 막 형성 바인더 수지를 포함하는 수성 사이징 조성물을 가함으로써 형성된다. 사이징 조성물은 필라멘트간 마찰로부터 섬유를 보호하고, 유리 섬유와 사용된 유리 섬유를 포함하고 있는 매트릭스 사이의 양립성을 향상시킨다. 사이징 조성물을 가한 후, 습식 섬유는 1 이상의 스트랜드로 모이고, 절단 및 수집될 수 있다. 절단 스트랜드는 수백 또는 수천 개의 개별 유리 섬유를 포함할 수 있다. 그리고, 수집된 절단 유리 스트랜드는 습식 절단 섬유 스트랜드 (WUCS) 로서 습식 상태로 포장되거나 또는 건식 절단 섬유 스트랜드 (DUCS) 을 형성하도록 건조될 수 있다.Generally, glass fibers are formed by drawing molten glass into a filament through a bushing or orifice plate and then applying to the filament an aqueous sizing composition comprising a lubricant, a coupling agent and a film forming binder resin. The sizing composition protects the fibers from interfilament friction and improves compatibility between the glass fibers and the matrix comprising the glass fibers used. After application of the sizing composition, the wet fibers can be gathered into one or more strands, cut and collected. The chopped strands may comprise hundreds or thousands of individual glass fibers. The collected chopped glass strands can then be packaged in the wet state as wet chopped fiber strands (WUCS) or dried to form dry chopped fiber strands (DUCS).
습식 절단 섬유는 일반적으로 습식 처리에 사용되는데, 이 처리에서 습식 절단 섬유는 계면활성제, 점도 조절제, 소포제 및/또는 다른 화학 제재를 포함하는 물 슬러리에 분산된다. 그리고 나서, 절단 섬유를 포함하는 슬러리는 그 절단 섬유가 슬러리 전체에서 분산되도록 교반된다. 섬유를 포함하는 슬러리는 이동 스크린 상에 놓이게 되고, 여기서 대부분의 물이 제거되어 웹 (web) 을 형성한다. 그리고 나서, 바인더를 가하고, 그 결과 얻어지는 매트를 건조하여 남아 있는 물을 제거하고 바인더를 경화시킨다. 형성된 부직 매트는 분산된 개별 유리 필라멘트들의 어셈블리 (assembly) 이다.Wet chopped fibers are generally used in wet treatments where the wet chopped fibers are dispersed in a water slurry comprising surfactants, viscosity modifiers, antifoams and / or other chemical agents. The slurry comprising the chopped fibers is then stirred so that the chopped fibers are dispersed throughout the slurry. The slurry comprising the fibers is placed on a moving screen where most of the water is removed to form a web. The binder is then added and the resulting mat is dried to remove the remaining water and to cure the binder. The nonwoven mat formed is an assembly of dispersed individual glass filaments.
건조된 절단 스트랜드는 일반적으로 건식 처리에 사용되는데, 이 처리에서 건조 스트랜드는 컨베이어 또는 스크린 상에서 송풍처리되고 경화되어 매트를 형성한다. 예컨대, 건조된 절단 스트랜드는 공기 중에 현수되고, 스크린 또는 구멍이 뚫린 컨베이어 상에서 느슨한 웹으로서 수집된 후 경화되어 임의 배향 다발의 매트를 형성한다.Dried chopped strands are generally used in dry treatments, where the dry strands are blown and cured on a conveyor or screen to form mats. For example, dried chopped strands are suspended in air, collected as loose webs on screens or perforated conveyors, and then cured to form mats of randomly oriented bundles.
습식 및 건식 처리에 의해 형성된 섬유 매트는 많은 종류의 용도를 위한 강화물로서 매우 적합하다. 최종 라미네이트가 만족스러운 물리적 특성을 구비하기 위해, 충분한 양 (중량) 의 유리 강화물을 포함해야 한다. 건식 매트 내에 있는 섬유의 다발이 높은 유리 함량을 제공하더라도, 건조된 절단 스트랜드를 제조하는 것은 그 스트랜드가 일반적으로 절단되기 전에 개별 단계에서 건조되고 포장되기 때문에 비용이 많이 든다. 따라서, 높은 충격 강도를 요구하는 복합재 내에 증가된 유리 함량을 달성하는 덜 비싼 유리 형성 플랫폼을 이용하는 것이 바람 직하다.Fiber mats formed by wet and dry treatments are very suitable as reinforcements for many types of applications. In order for the final laminate to have satisfactory physical properties, it must include a sufficient amount (weight) of glass reinforcement. Although the bundles of fibers in the dry mat provide a high glass content, making dried chopped strands is expensive because the strands are generally dried and packaged in individual steps before they are cut. Thus, it is desirable to use less expensive glass forming platforms that achieve increased glass content in composites that require high impact strength.
건조된 절단 섬유의 다발은 이미 제조되고 있다. 이하에서, 이러한 건조된 절단 섬유의 다발을 형성하는 프로세스의 몇몇 예를 기재한다.Bundles of dried chopped fibers have already been produced. In the following, some examples of processes for forming a bundle of such dried chopped fibers are described.
Schaefer 의 미국특허 제4,024,647호는 절단 유리 스트랜드를 건조하고 운송하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 유리 필라멘트는 부싱의 오리피스를 통해 가늘어지고 윤활제 바인더 및/또는 사이즈로 코팅된다. 필라멘트는 1 이상의 스트랜드로 모아진 후 절단된다. 그리고 나서, 습식 절단 섬유는 제 1 진동 컨베이어 상으로 떨어진다. 제 1 진동 컨베이어의 진동은 다발이 서로 들러붙지 않도록 함으로써 섬유 다발에서 절단 스트랜드를 유지시킨다. 그리고, 절단 스트랜드는 제 2 진동 컨베이어에 전달되어 가열 구역을 통과하며, 이 가열 구역에서 절단 스트랜드가 가열되어 습분 함량이 0.1 중량% 미만으로 낮아진다. 그리고 나서, 원하는 길이의 절단 스트랜드가 제 2 진동 컨베이어의 형성 부분을 통해 수집 패키지에 전달된다.Schaefer US Pat. No. 4,024,647 discloses a method and apparatus for drying and transporting chopped glass strands. The glass filaments are tapered through the orifices of the bushings and coated with a lubricant binder and / or size. The filaments are gathered into one or more strands and then cut. The wet chopped fibers then fall onto the first vibratory conveyor. The vibration of the first vibrating conveyor keeps the cutting strands in the fiber bundles by preventing the bundles from sticking together. The chopped strand is then passed to a second vibratory conveyor and passes through a heating zone, where the cutting strand is heated to lower the moisture content to less than 0.1% by weight. Then, the cutting strand of the desired length is transferred to the collection package through the forming portion of the second vibrating conveyor.
Flautt 등의 미국특허 제5,055,119호에는, 유리 섬유 다발 또는 스트랜드를 형성하기 위한 에너지 효과적인 프로세스 및 장치가 기재되어 있다. 유리 섬유는 가열된 부싱으로부터 배출되는 용융 유리로부터 형성된다. 섬유는 하방으로 이동되고, 사이징이 어플리케이터 (applicator) 에 의해 유리 섬유에 가해진다. 유리 섬유를 건조시키기 위해, 부싱 주위로부터 공기가 부싱 아래로 전달되며, 이곳에서 공기는 부싱의 열에 의해 가열된다. 가열된 공기는 유리 섬유가 통과하는 챔버 내로 들어간다. 열전달 접촉으로 인해, 사이징 조성물의 물 또는 용매 가 증발하게 된다. 그리고 나서, 건조된 섬유가 다발로 모아진다. 다발은 나중에 절단될 수 있다.US Patent No. 5,055,119 to Flautt et al. Describes an energy efficient process and apparatus for forming glass fiber bundles or strands. Glass fibers are formed from molten glass exiting the heated bushing. The fibers are moved downwards and sizing is applied to the glass fibers by an applicator. In order to dry the glass fibers, air is passed from below the bushing down the bushing, where the air is heated by the heat of the bushing. The heated air enters the chamber through which the glass fibers pass. The heat transfer contact causes the water or solvent of the sizing composition to evaporate. Then, the dried fibers are collected in a bundle. The bundle can be cut later.
Blough 등의 미국특허 제6,148,641호에는, 연속 섬유 스트랜드의 공급으로부터 건조된 절단 스트랜드를 제조하는 방법 및 장치가 기재되어 있다. 기재된 방법에서, 절단 어셈블리에서 섬유 스트랜드를 절단하고, 배출 어셈블리로부터 절단된 스트랜드를 건조 챔버로 직접 연결된 전이 슈트 (transition chutte) 에 배출하고, 건조 챔버에서 절단 스트랜드를 수집하고, 그 스트랜드를 건조 챔버에서 적어도 부분적으로 건조함으로써, 절단 섬유 스트랜드가 1 이상의 연속 스트랜드로부터 제조된다.US Patent No. 6,148,641 to Blough et al. Describes a method and apparatus for making dried chopped strands from a supply of continuous fiber strands. In the described method, the fiber strand is cut in the cutting assembly, the strand cut from the discharge assembly is discharged into a transition chutte directly connected to the drying chamber, the cutting strand is collected in the drying chamber, and the strand is removed from the drying chamber. By at least partially drying, chopped fiber strands are made from one or more continuous strands.
그리고, 건식 프로세스에 발견되는 유리 다발 및 습식 프로세스에서 발견되는 개별 섬유를 포함하는 절단 스트랜드 유리 매트가 습식 프로세스를 이용함으로써 형성되었다. 이들 매트의 몇몇의 예를 아래에 기재한다.And a chopped strand glass mat was formed by using the wet process, which included the glass bundles found in the dry process and the individual fibers found in the wet process. Some examples of these mats are described below.
Hannes 등의 미국특허 제4,112,174호 및 제4,129,674호에는, 모노필라멘트 섬유의 웹과 그 웹 전체에 무작위 배향 패턴으로 산재된 기다란 유리 섬유 다발로 이루어진 유리 매트가 개시되어 있다. 유리 섬유 다발은 약 20 ∼ 300 개의 모노필라멘트를 포함하는 것이 바람직하다. 섬유 매트는 습식 프로세스에 의해 형성된다. 매트 형성 프로세스 동안 유리 섬유 다발을 슬러리 내에서 다발 형태로 유지하기 위해, 다발은 물 또는 다른 액상 불용성 바인더로 코팅된다.US Pat. Nos. 4,112,174 and 4,129,674 to Hannes et al. Disclose glass mats consisting of a web of monofilament fibers and an elongated glass fiber bundle interspersed in a random orientation pattern throughout the web. The glass fiber bundles preferably contain about 20 to 300 monofilaments. The fiber mat is formed by a wet process. In order to keep the glass fiber bundles in bundle form in the slurry during the mat forming process, the bundles are coated with water or another liquid insoluble binder.
Bodoc 등의 미국특허 제4,200,487호 및 제4,242,404호에는, 개별 유리 필라멘트 및 연장된 유리 섬유 요소를 포함하는 유리 매트가 기재되어 있다. 연장 된 유리 섬유 요소는, 슬러리가 교반될 때 개별적으로 미끄러져 길이방향으로 연결되게 되는 유리 섬유의 다발로부터 형성된다. 유리 섬유 요소가 매트의 높은 강도 특성에 기여한다는 것과 개별 필라멘트가 지붕 널의 제조시 아스팔트의 주입에 필요한 균일한 밀집도를 제공한다는 것이 주장되었다. 매트는 습식 프로세스에 의해 형성된다.U.S. Patent Nos. 4,200,487 and 4,242,404 to Bodoc et al. Describe glass mats comprising individual glass filaments and elongated glass fiber elements. The elongated glass fiber element is formed from a bundle of glass fibers that, when the slurry is agitated, slide separately and become longitudinally connected. It was claimed that the glass fiber elements contributed to the high strength properties of the mat and that the individual filaments provide the uniform density required for the injection of asphalt in the manufacture of shingles. The mat is formed by a wet process.
Rokman 등의 미국특허 제6,767,851호 및 미국특허출원 제2002/0092634호에는, 섬유 중 적어도 20 % 가 다발당 약 5 ∼ 450 개의 섬유를 갖는 섬유 다발로서 존재하는 부직 매트가 개시되어 있다. 바람직한 실시형태에서, 매트 내 섬유의 적어도 85 % 가 다발 형태이다. 섬유는 에폭시 수지 또는 PVOH 와 같은 실질적으로 물에 불용성인 사이징에 의해 다발 내에서 고정된다. 다발은 유리 섬유와 같은 강화 섬유를 적어도 10 % 포함할 수 있다. 매트는 포옴 (foam) 또는 워터 프로세스에 의해 제조될 수 있다.US Patent No. 6,767,851 to Rokman et al. And US Patent Application 2002/0092634 disclose nonwoven mats in which at least 20% of the fibers are present as fiber bundles having about 5 to 450 fibers per bundle. In a preferred embodiment, at least 85% of the fibers in the mat are in the form of bundles. The fibers are fixed in the bundle by sizing that is substantially insoluble in water such as epoxy resin or PVOH. The bundle may comprise at least 10% reinforcing fibers, such as glass fibers. The mat can be manufactured by a foam or water process.
이러한 건조된 절단 유리 다발 및 섬유 다발-함유 매트가 존재함에도 불구하고, 습식 유리 매트의 사용으로 인해 유리 섬유 함량을 증가시키기 위한 비용효과적이고 효율적인 프로세스가 본 기술분야에서 여전히 필요하다.Despite the presence of such dried chopped glass bundles and fiber bundle-containing mats, there is still a need in the art for a cost effective and efficient process for increasing glass fiber content due to the use of wet glass mats.
본 발명의 목적은, 매트 형성 용도에 이용되던 종래 유리 폼의 대체물로서 사용될 수 있는 촙트 유리 섬유 다발을 제공하는 것이다. 절단 유리 섬유 다발은 서로 실질적으로 평행한 배향으로 위치된 복수의 개별 유리 섬유로 형성된다. 절단 섬유 다발을 형성하기 위해 사용되는 유리 섬유는 어떠한 종류의 유리 섬유라도 좋다. 천연 섬유, 광물 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 및/또는 함성 섬유와 같은 강화 섬유가 절단 유리 섬유 다발 내에 존재할 수 있지만, 절단 유리 섬유 다발 내 섬유 전부가 유리 섬유인 것이 바람직하다. 섬유는 1종 이상의 막 형성제 (폴리우레탄 막 형성제, 폴리에스테르 막 형성제, 및/또는 에폭시 수지 막 형성제 등), 적어도 1종의 윤활제, 및 적어도 1종의 실란 커플링제 (아미노실란 또는 메타크릴옥시 실란 커플링제 등) 를 포함하는 사이즈 조성물로 적어도 부분적으로 코팅된다. 유리 섬유의 사이즈는 유리 섬유 다발의 형성 및 이후 처리 동안 다발 일체성 (integrity) 을 유지시키고, 최종 제품에 심미적인 외관을 부여하는 매트를 형성하기 위해, 이후 처리 단계 동안 절단 유리 섬유 다발의 필라멘트화를 돕는다.It is an object of the present invention to provide chopped glass fiber bundles that can be used as a replacement for conventional glass foams used in mat forming applications. The chopped glass fiber bundles are formed of a plurality of individual glass fibers located in an orientation substantially parallel to each other. The glass fibers used to form the chopped fiber bundles may be any kind of glass fibers. Although reinforcing fibers such as natural fibers, mineral fibers, carbon fibers, ceramic fibers, and / or synthetic fibers may be present in the chopped glass fiber bundles, it is preferred that all of the fibers in the chopped glass fiber bundles are glass fibers. The fibers may comprise one or more film formers (polyurethane film formers, polyester film formers, and / or epoxy resin film formers, etc.), at least one lubricant, and at least one silane coupling agent (aminosilane or At least partially coated with a size composition comprising methacryloxy silane coupling agent, and the like. The size of the glass fibers is filamented during the subsequent processing steps to form a mat that maintains the bundle integrity during the formation and subsequent processing of the glass fiber bundles and imparts an aesthetic appearance to the final product. To help.
또한, 본 발명의 목적은 매트 형성 용도에 사용되던 종래 유리 폼의 대체물로서 사용될 수 있는 절단 유리 섬유 다발을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. 1종 이상의 막 형성제 (폴리우레탄 막 형성제, 폴리에스테르 막 형성제, 및/또는 에폭시 수지 막 형성제 등), 적어도 1종의 윤활제, 및 적어도 1종의 실란 커플링제 (아미노실란 또는 메타크릴옥시 실란 커플링제 등) 를 포함하는 사이즈 조성물이 가늘어진 유리 섬유에 종래 방식으로 가해진다. 사이징된 유리 섬유는 소정의 개수의 개별 유리 섬유를 포함하는 유리 섬유 스트랜드로 분할될 수 있다. 유리 섬유 다발은 20 ∼ 200 g/㎞ 의 다발 텍스 (tex) 를 갖는 것이 바람직하다. 그리고 나서, 유리 섬유 스트랜드는 습식 절단 유리 섬유 다발로 절단되고 건조되어, 사이징 조성물을 응고 또는 경화시킬 수 있다. 바람직하게는, 섬유의 습식 다발은 종래 유전체 (RF) 오븐, Cratec 오븐 (Owens Corning 사로부터 이용가능) 과 같은 유동층 오븐, 또는 회전식 트레이 열적 오븐과 같은 오븐에서 건조되어 절단 유리 섬유 다발을 형성한다.It is also an object of the present invention to provide a method of forming a chopped glass fiber bundle that can be used as an alternative to conventional glass foams used in mat forming applications. At least one film former (polyurethane film former, polyester film former, and / or epoxy resin film former, etc.), at least one lubricant, and at least one silane coupling agent (aminosilane or methacryl) Size composition comprising an oxy silane coupling agent, etc.) is applied in a conventional manner to the thin glass fibers. The sized glass fibers can be divided into glass fiber strands comprising any number of individual glass fibers. It is preferable that a glass fiber bundle has a bundle tex of 20-200 g / km. The glass fiber strands can then be cut and dried into wet chopped glass fiber bundles to solidify or cure the sizing composition. Preferably, the wet bundle of fibers is a conventional dielectric (RF) oven, Cratec It is dried in a fluid bed oven, such as an oven (available from Owens Corning), or in an oven, such as a rotary tray thermal oven, to form chopped glass fiber bundles.
또한, 본 발명의 목적은, 사이징된 습식 유리 섬유를 단열적으로 건조시키기 위해 열전달 챔버를 이용하는 절단 유리 섬유 다발을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. 1종 이상의 막 형성제 (폴리우레탄 막 형성제, 폴리에스테르 막 형성제, 및/또는 에폭시 수지 막 형성제 등), 적어도 1종의 윤활제, 및 적어도 1종의 실란 커플링제 (아미노실란 또는 메타크릴옥시 실란 커플링제 등) 를 포함하는 사이즈 조성물이 부싱에 의해 가늘어진 유리 섬유에 가해진다. 그리고 나서, 사이징된 유리 섬유는 열전달 챔버에 통과될 수 있는데, 여기서 부싱에 의해 가열된 공기가 상기 열전달 챔버 내로 들어가서, 유리 섬유 상의 사이징을 실질적으로 건조시킨다. 열전달 챔버에서 나오는 건조된 유리 섬유는 소정의 개수의 개별 유리 섬유를 포함하는 유리 섬유 스트랜드로 분할될 수 있다. 유리 섬유 다발은 20 ∼ 200 g/㎞ 의 다발 텍스를 갖는 것이 바람직하다. 유리 스트랜드를 절단 유리 섬유 다발로 절단하기 전에, 유리 스트랜드는 단일 토 (tow) 로 함께 모일 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 절단 섬유 다발은 종래 유전체 (RF) 오븐, Cratec 오븐 (Owens Corning 사로부터 이용가능) 과 같은 유동층 오븐, 또는 회전식 트레이 열적 오븐에서 더욱 건조된다.It is also an object of the present invention to provide a method of forming a chopped glass fiber bundle using a heat transfer chamber to thermally dry a sized wet glass fiber. At least one film former (polyurethane film former, polyester film former, and / or epoxy resin film former, etc.), at least one lubricant, and at least one silane coupling agent (aminosilane or methacryl) A size composition comprising an oxy silane coupling agent, etc.) is applied to the tapered glass fibers by the bushing. The sized glass fibers can then be passed through a heat transfer chamber where air heated by the bushings enters the heat transfer chamber, substantially drying the sizing on the glass fibers. The dried glass fibers exiting the heat transfer chamber may be divided into glass fiber strands comprising any number of individual glass fibers. It is preferable that a glass fiber bundle has a bundle tex of 20-200 g / km. Prior to cutting the glass strands into chopped glass fiber bundles, the glass strands can be gathered together in a single tow. In one exemplary embodiment, the chopped fiber bundle is a conventional dielectric (RF) oven, Cratec It is further dried in a fluid bed oven, such as an oven (available from Owens Corning), or in a rotary tray thermal oven.
본 발명의 이점은, 절단 유리 섬유 다발이 종래 에어레이드 (air-laid) 프로세스보다 더 빠른 속도로 형성될 수 있다는 것이다. 절단 유리 섬유 다발의 제조 속도를 증가시키면, 소비자에게 팔 수 있는 더 많은 산출량 및 추가적인 제품을 생산할 수 있다.An advantage of the present invention is that chopped glass fiber bundles can be formed at a faster rate than conventional air-laid processes. Increasing the manufacturing speed of chopped glass fiber bundles can produce more output and additional products that can be sold to consumers.
본 발명의 다른 이점은, 습식 유리 섬유가 개별 단계에서 건조되고 절단될 필요가 없으므로, 절단 유리 섬유 다발이 낮은 제조 비용으로 형성될 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that chopped glass fiber bundles can be formed at low manufacturing costs since the wet glass fibers do not need to be dried and cut in individual steps.
본 발명의 또 다른 이점은, 절단 유리 섬유 다발을 형성하기 위해 사용되는 습식 섬유에 의하면 최종 절단 스트랜드 매트에 보플 (fuzz) 이 거의 또는 전혀 발생하지 않는다는 것이다.Another advantage of the present invention is that little or no fuzz occurs in the final chopped strand mat according to the wet fibers used to form the chopped glass fiber bundles.
본 발명의 상기한 그리고 다른 목적, 특징 및 이점이 이하의 상세한 설명에 기재되어 있다. 그러나, 도면은 단지 설명을 위한 것이며 본 발명의 한계를 규정하는 것이 아님을 명확히 이해하여야 한다.These and other objects, features and advantages of the present invention are described in the detailed description below. However, it should be clearly understood that the drawings are for illustrative purposes only and do not prescribe the limitations of the invention.
본 발명에 대한 이하의 상세한 개시를 첨부 도면을 참조하여 고려하면, 본 발명의 이점은 분명해질 것이다.Considering the following detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings, the advantages of the invention will become apparent.
도 1 은, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 절단 스트랜드 다발의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a cut strand bundle according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2 는, 본 발명의 적어도 한 실시형태에 따라 유리 섬유 다발을 형성하기 위한 예시적인 프로세스의 단계를 나타내는 흐름도이다.2 is a flow diagram illustrating the steps of an exemplary process for forming a glass fiber bundle according to at least one embodiment of the present invention.
도 3 은, 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라 건조된 절단 스트랜드 다발을 형성하기 위한 처리 라인의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a processing line for forming dried chopped strand bundles according to one exemplary embodiment of the present invention.
도 4 는, 본 발명의 예시적인 적어도 한 다른 실시형태에 따라 건조된 절단 스트랜드 다발을 형성하기 위한 처리 라인의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a processing line for forming dried chopped strand bundles according to at least one other exemplary embodiment of the present invention.
도 5 는, 본 발명에 따른 절단 스트랜드 다발을 이용하는 절단 스트랜드 매트를 형성하기 위한 처리 라인의 개략도이다.5 is a schematic diagram of a processing line for forming a cut strand mat using a cut strand bundle according to the present invention.
도 6 은, 종래 절단 스트랜드 매트와 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하는 절단 스트랜드 매트에 대한 기계 방향과 가로 방향에서의 라미네이트 인장 강도의 그래프이다.FIG. 6 is a graph of laminate tensile strength in the machine direction and in the transverse direction for a conventional cut strand mat and a cut strand mat using a dried cut glass fiber bundle according to the present invention.
도 7 은, 종래 절단 스트랜드 매트와 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하는 절단 스트랜드 매트에 대한 기계 방향과 가로 방향에서의 라미네이트 인장 탄성율의 그래프이다.FIG. 7 is a graph of laminate tensile modulus in the machine and transverse directions for a conventional cut strand mat and a cut strand mat using a dried cut glass fiber bundle according to the present invention.
도 8 은, 종래 절단 스트랜드 매트와 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하는 절단 스트랜드 매트에 대한 기계 방향과 가로 방향에서의 라미네이트 휨 강도의 그래프이다.FIG. 8 is a graph of laminate flexural strength in the machine and transverse directions for a conventional cut strand mat and a cut strand mat using a dried cut glass fiber bundle according to the present invention.
도 9 는, 종래 절단 스트랜드 매트와 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하는 절단 스트랜드 매트에 대한 기계 방향과 가로 방향에서의 라미네이트 굴곡탄성율의 그래프이다.FIG. 9 is a graph of laminate flexural modulus in the machine and transverse directions for a conventional cut strand mat and a cut strand mat using a dried cut glass fiber bundle according to the present invention. FIG.
도 10 은, 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하여 형성된 라미네이트에 대한 기계 방향에서의 인장 강도의 그래프이다.10 is a graph of tensile strength in the machine direction for laminates formed using dried chopped glass fiber bundles according to the present invention.
도 11 은, 본 발명에 따른 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하여 형성된 라미네이트에 대한 가로 방향에서의 인장 강도의 그래프이다.11 is a graph of tensile strength in the transverse direction for laminates formed using dried chopped glass fiber bundles according to the present invention.
도 12 는, 0°에서 제어에 대한 본 발명에 따른 사이징 조성물로 사이징된 유리 섬유로 이루어진 벌크 성형 화합물의 이조드 (IZOD) 노치 충격 강도의 그래프이다.12 is a graph of IZOD notched impact strength of bulk molding compounds consisting of glass fibers sized with a sizing composition according to the invention to control at 0 °.
도 13 은, 90°에서 제어에 대한 본 발명에 따른 사이징 조성물로 사이징된 유리 섬유로 이루어진 벌크 성형 화합물의 이조드 노치 충격 강도의 그래프이다.FIG. 13 is a graph of Izod notch impact strength of a bulk molding compound consisting of glass fibers sized with a sizing composition according to the present invention for control at 90 °.
달리 규정하지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기서 기재하는 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실행 또는 실험에 사용될 수 있지만, 여기서는 바람직한 방법 및 재료를 기재한다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, the preferred methods and materials are described herein.
도면에서, 선, 층 및 영역의 두께는 명확히 나타내기 위해 과장될 수 있다. 모든 도면에 기재된 유사한 도면부호는 유사한 요소를 나타낸다. 용어 "최상부", "저부", "측부", "상부", "하부" 등은 여기서 단지 설명을 위해 사용된다. 한 요소가 다른 요소"상(on)"에 있는 것으로 표현되는 경우, 그 다른 요소에 직접 또는 그 다른 요소에 대항해서 있을 수 있고 또는 개재 요소가 존재할 수도 있다. 용어 "사이징", "사이즈", "사이징 조성물", 및 "사이즈 조성물"은 여기서 서로 교환가능하게 사용될 수 있다. 용어 "스트랜드"와 "다발"도 또한 서로 교환가능하게 사용될 수 있다.In the drawings, the thicknesses of lines, layers and regions may be exaggerated for clarity. Like reference numerals in all the drawings indicate like elements. The terms "top", "bottom", "side", "top", "bottom" and the like are used here for illustrative purposes only. When an element is represented as being on another element, it may be directly to or against the other element, or an intervening element may be present. The terms "sizing", "size", "sizing composition", and "size composition" may be used interchangeably herein. The terms "strand" and "bundle" may also be used interchangeably.
본 발명은 매트 형성 용도에 사용되던 종래 유리 폼의 대체물로서 사용될 수 있는 절단 유리 섬유 다발 및 그러한 절단 유리 섬유 다발을 형성하기 위한 프로세 스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 절단 유리 섬유 다발의 예가 도 1 에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1 에 나타낸 것처럼, 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 복수의 개별 유리 섬유 (12) (직경 (16) 과 길이 (14) 를 가짐) 로 형성된다. 개별 유리 섬유 (12) 는 촘촘히 짠 또는 "다발의" 형태로 실질적으로 서로 평행한 배향으로 위치된다. 여기서 사용되는 "실질적으로 평행한"이라는 표현은, 개별 유리 섬유 (12) 가 서로 평행하거나 거의 평행한 것을 나타낸다. 본 발명에 따른 절단 유리 섬유 다발은 절단 스트랜드 매트 (CSM) 의 형성, 시트 성형 화합물 (SMC) 의 형성, 벌크 성형 화합물 (BMC), 핸드 레이업 (hand lay-up) 적용, 및 스프레이업 (spray-up) 적용에 사용될 수 있다. 그리고, 절단 유리 섬유 다발은 수지 이송 성형 (RTM) 또는 조직 반응 사출 성형 (SRIM) 에 사용되는 프리폼을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 조직 반응 사출 성형에서, 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 트럭 베드 또는 자동자 도어 이너 (inner) 와 같은 원하는 부품의 형상을 갖도록 스크린 상에 불어진다.The present invention relates to chopped glass fiber bundles that can be used as a substitute for conventional glass foams used in mat forming applications and to processes for forming such chopped glass fiber bundles. An example of a chopped glass fiber bundle according to the invention is shown schematically in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the chopped
절단 섬유 다발을 형성하기 위해 사용되는 유리 섬유는 A-형 유리 섬유, C-형 유리 섬유, E-형 유리 섬유, S-형 유리 섬유, ECR-형 유리 섬유 (예컨대, Owens Corning 사로부터 구입가능한 Advantex 유리 섬유), 울 유리 섬유, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 종류의 유리 섬유일 수 있다. 적어도 한 바람직한 실시형태에서, 유리 섬유는 습식용 절단 스트랜드 유리 섬유 (WUCS) 이다. 습식용 절단 스트랜드 유리 섬유는 본 기술분야에 공지된 종래 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 습식용 절단 스트랜드 유리 섬유는 약 5 ∼ 약 30 % 의 습분 함량을 갖 는 것이 바람직하고, 약 5 ∼ 약 15 % 의 습분 함량을 갖는 것이 더욱 바람직하다.The glass fibers used to form the chopped fiber bundles include A-type glass fibers, C-type glass fibers, E-type glass fibers, S-type glass fibers, ECR-type glass fibers (eg, available from Owens Corning). Advantex Glass fibers), wool glass fibers, or a combination thereof. In at least one preferred embodiment, the glass fibers are wet chopped strand glass fibers (WUCS). Wet chopped strand glass fibers can be formed by conventional processes known in the art. It is preferable that the wet chopped strand glass fibers have a moisture content of about 5 to about 30%, and more preferably have a moisture content of about 5 to about 15%.
섬유 다발 (10) 내에, 천연 섬유, 광물 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 및/또는 함성 섬유 (폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 및/또는 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드 (Kevlar로서 판매되고 있음) 등) 와 같은 다른 강화 섬유를 사용하는 것은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 생각된다. 여기서 사용되는 것처럼, 용어 "천연 섬유"는 줄기, 씨, 잎, 뿌리 또는 인피부 (bast) 를 포함하는 (그러나 이에 국한되지 않음) 식물의 임의의 부분에서 추출된 식물 섬유를 가리킨다. 섬유 다발에 합성 섬유가 포함되면, 섬유 다발로 형성되는 매트는 더욱 유연해지거나 작은 반경에의 순응성 (conformability) 이 커지게 된다. 또한, 합성 섬유의 사용은 이후 처리에서 매트 바인더로서 작용하여, 절단 유리 섬유 다발 (10) 을 함께 유지하고 절단 스트랜드 매트를 형성할 수 있다. 그러나, 다발 (10) 내 모든 섬유가 유리 섬유인 것이 바람직하다.In the
도 2 에 개략적으로 나타낸 예시적인 일 실시형태에서, 절단 유리 섬유 다발 (10) 을 형성하기 위한 프로세스는, 절단 유리 섬유 다발을 형성하기 위해 유리 섬유를 형성하고 (단계 20), 사이즈 조성물을 유리 섬유에 가하며 (단계 22), 원하는 다발 텍스를 얻기 위해 섬유를 분할하고 (단계 24), 습식 섬유 스트랜드를 개별 길이로 절단하며 (단계 26), 그리고 습식 스트랜드를 건조시키는 것 (단계 28) 을 포함한다.In one exemplary embodiment, schematically illustrated in FIG. 2, the process for forming the chopped
도 3 에 보다 자세히 나타낸 것처럼, 유리 섬유 (12) 는 부싱 또는 오리피스 (30) 로부터 나오는 용융 유리 재료 (도시 안 됨) 의 스트림을 가늘게 함으로써 형 성될 수 있다. 가늘어진 유리 섬유 (12) 는 약 8 ∼ 약 23 마이크론, 바람직하게는 10 ∼ 16 마이크론의 직경을 가질 수 있다. 유리 섬유 (12) 는 부싱 (30) 으로부터 인발된 후, 그 섬유 (12) 에 수성 사이징 조성물이 가해진다. 사이징은 도 3 에 나타낸 적용 롤러 (32) 에 의하거나 또는 사이즈를 섬유에 직접 분사하는 것 (도시 안 됨) 과 같이 종래 방법에 의해 가해질 수 있다. 사이즈는 유리 섬유 (12) 가 이후 처리 동안 파괴되는 것을 보호하고, 필라멘트간 마멸을 억제하는데 도움이 되며, 유리 섬유의 스트랜드의 일체성, 예컨대 스트랜드를 형성하는 유리 필라멘트의 상호연결을 보장한다.As shown in greater detail in FIG. 3,
또한, 본 발명에서, 유리 섬유 (12) 의 사이즈는 절단 스트랜드 매트 (CSM) 를 형성하기 위한 습식 프로세스와 같은 유리 섬유 다발 (10) 의 형성 및 이후 처리 동안 다발 일체성을 유지시킨다. 이 프로세스에서, 유리 섬유 다발 (10) 은 흰색 물 슬러리에 첨가되고 교반된다. 그리고 나서, 슬러리는 이동 스크린 상에 놓이게 되고, 여기서 대부분의 물이 제거되어 웹을 형성하고, 바인더가 가해지며, 남아 있는 물을 제거하고 바인더를 경화시키기 위해 웹이 건조된다. 종래 유리 다발과 달리, 이하에서 설명하는 사이즈 조성물로 사이징 처리된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 절단 스트랜드 매트의 형성 동안 흰색 물 슬러리 내에서 다발 형태 또는 실질적으로 다발 형태로 남는다. 적어도 한 예시적인 실시형태에서, 다발 (10) 내 섬유 (12) 는, 소정 량의 섬유 (12) 가 교반하는 동안 섬유 다발 (10) 로부터 슬러리 내에 분산되도록, 사이징 조성물로 사이징 처리될 수 있다. 또한, 유리 섬유 (12) 의 사이즈 조성물은 최종 제품에 심미적인 외관을 부여하는 매트를 형성하기 위해 이후 처리 단계에서 다발 (10) 의 필라멘트화를 돕는다.In addition, in the present invention, the size of the
유리 섬유의 사이즈가 처리 동안 다발 일체성을 유지시키는 경우의 다른 예는 시트 성형 화합물 (SMC) 을 성형하는 경우이다. 시트 성형 화합물의 성형에서, 매치드 (matched) 금속 다이는 시트 성형 화합물 또는 벌크 성형 화합물 (BMC) 로 적재 (충전) 된다. 시트 성형 화합물 (또는 BMC) 이 유동하고 다이를 채워서 원하는 부품을 형성할 수 있도록 금속 다이가 폐쇄되고 가열되는 때, 유리 섬유 다발 (10) 은 다발 일체성을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 유리 섬유 다발 (10) 이 유동이 완료되기 전에 다이 내에서 단일 섬유들로 분리된다면, 개별 유리 섬유는 덩어리를 형성하고 다이를 불완전하게 채워서, 결함이 있는 부품이 얻어진다. 한편, 시트 또는 벌크 성형 화합물이 유동하여 다이가 채워진 후, 그때 유리 섬유 다발 (10) 이 필라멘트화되어, "텔레그래핑 (telegraphing)" 또는 "섬유 프린트" (부품 표면에 있는 유리 섬유 다발 (10) 의 윤곽) 의 발생을 감소시키거나 또는 심지어 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 유리 섬유 (12) 의 사이즈는 이후 처리 단계 (유리 섬유 다발 (10) 로 형성된 절단 스트랜드 매트의 성형 등) 동안 절단 유리 섬유 다발 (10) 의 필라멘트화를 도와 심미적인 최종 제품을 형성한다.Another example where the size of the glass fibers maintains bundle integrity during processing is when molding sheet molding compounds (SMC). In the molding of the sheet molding compound, the matched metal die is loaded (filled) with the sheet molding compound or bulk molding compound (BMC). When the metal die is closed and heated so that the sheet molding compound (or BMC) can flow and fill the die to form the desired part, the
유리 섬유 (12) 에 가해지는 사이즈 조성물은 1 이상의 막 형성제 (폴리우레탄 막 형성제, 폴리에스테르 막 형성제, 및/또는 에폭시 수지 막 형성제 등), 적어도 1종의 윤활제, 및 적어도 1종의 실란 커플링제 (아미노실란 또는 메타크릴옥시 실란 커플링제 등) 를 포함한다. 필요한 경우, 아세트산, 붕산, 메타붕산, 호 박산, 구연산, 포름산, 및/또는 폴리아크릴산과 같은 약산이 실란 커플링제의 가수분해를 보조하기 위해 사이즈 조성물에 첨가될 수 있다. 사이즈 조성물은 건조된 섬유에서 약 0.05 ∼ 약 2.0 % 의 작열감량 (LOI) 으로 유리 섬유 (12) 에 가해질 수 있다. LOI 는 유리 섬유 표면에 쌓인 유기 고체 물질의 백분율로 규정될 수 있다.The size composition applied to the
막 형성제는 유리 섬유 (12) 들 사이의 접착을 향상시켜, 결과적으로 스트랜드 일체성을 향상시키는 제재이다. 본 발명에 사용되기에 적절한 막 형성제는 폴리우레탄 막 형성제, 에폭시 수지 막 형성제, 및 불포화 폴리에스테르 수지 막 형성제를 포함한다. 막 형성제의 구체적인 예로는, Neoxil 6158 (DSM 사로부터 구입가능) 와 같은 폴리우레탄 분산물; Neoxil 2106 (DSM 사로부터 구입가능), Neoxil 9540 (DSM 사로부터 구입가능) 및 Neoxil PS 4759 (DSM 사로부터 구입가능) 와 같은 폴리에스테르 분산물; 및 PE-412 (AOC 사로부터 구입가능), NX 9620 (DSM 사로부터 구입가능), Neoxil 0151 (DSM 사로부터 구입가능), Neoxil 2762 (DSM 사로부터 구입가능), NX 1143 (DSM 사로부터 구입가능), AD 502 (AOC 사로부터 구입가능), Epi Rez 5520 (Hexion 사로부터 구입가능), Epi Rez 3952 (Hexion 사로부터 구입가능), Witchbond W-290 H (Chemtura 사로부터 구입가능), 및 Witcobond W-296 (Chemtura 사로부터 구입가능) 과 같은 에폭시 수지 분산물이 포함되며, 이에 국한되지 않는다. 막 형성제(들)는 사이즈의 활성 고형물의 약 5 ∼ 약 95 중량%, 바람직하게는 활성 고형물의 약 40 ∼ 약 80 중량% 로 사이즈 조성물 내에 존재할 수 있다.The film forming agent is a material which improves the adhesion between the
또한, 사이즈 조성물은 1종 이상의 실란 커플링제를 포함한다. 실란 커플링제는 이후 처리 동안 유리 섬유 (12) 에 대한 막 형성제(들)의 접착을 강화하고 보플의 정도 또는 깨진 섬유 필라멘트를 감소시킨다. 본 발명의 사이즈 조성물에서 사용될 수 있는 실란 커플링제의 예는, 아미노, 에폭시, 비닐, 메타크릴옥시, 우레이도 (ureido), 이소시아나토 (isocyanato) 및 아자미도 (azamido) 작용기를 특징으로 할 수 있다. 사이즈 조성물에서 사용되기에 적절한 커플링제는 예컨대 γ-아미노프로필트리에톡시실란 (General Electric 사로부터 구입가능한 A-1100) 및 메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 (General Electric 사로부터 구입가능한 A-174) 와 같이 상업적으로 이용가능하다. 실란 커플링제는 사이즈 조성물 내 활성 고형물의 약 5 ∼ 약 30 중량%, 더욱 바람직하게는 활성 고형물의 약 10 ∼ 약 15 중량% 의 양으로 사이즈 조성물 내에 존재할 수 있다.The size composition also includes one or more silane coupling agents. The silane coupling agent enhances the adhesion of the film former (s) to the
그리고, 사이즈 조성물은 제조를 용이하게 하기 위해 적어도 1종의 윤활제를 포함할 수 있다. 윤활제는 사이즈 조성물 내 활성 고형물의 약 0 ∼ 약 15 중량% 의 양으로 사이즈 조성물 내에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 윤활제는 활성 고형물의 약 5 ∼ 약 10 중량% 의 양으로 존재한다. 임의의 적절한 윤활제가 사용될 수 있지만, 사이즈 조성물에 사용되기에 적절한 윤활제의 특정 예로는, Lubesize K-12 라는 상품명으로 판매되는 스테아릭 에탄올아미드 (AOC 사로부터 구입가능); PEG 400 MO, 약 400 개의 산화에틸렌기를 갖는 모노올레이트 에스테르 (Cognis 사로부터 구입가능); 및 Emery 6760 L, 폴리에틸렌이민 폴리아미드 염 (Cognis 사로부터 구입가능) 이 있다.And the size composition may comprise at least one lubricant to facilitate manufacture. The lubricant may be present in the size composition in an amount from about 0 to about 15 weight percent of the active solids in the size composition. Preferably the lubricant is present in an amount of about 5 to about 10 weight percent of the active solids. Although any suitable lubricant may be used, specific examples of suitable lubricants for use in the size composition include stearic ethanolamide (available from AOC) sold under the name Lubesize K-12; PEG 400 MO, monooleate ester having about 400 ethylene oxide groups (commercially available from Cognis); And Emery 6760 L, polyethylenimine polyamide salt (commercially available from Cognis).
조합된 특정 화학 족들이 절단 유리 섬유 다발 (10) 을 이후 처리 동안 다발 형태로 유지시키는데 특히 효과적이라는 것이 발견되었다. 예컨대, 아미노실란과 조합된 우레탄계 막 형성 분산물 (예컨대 γ-아미노프로필트리에톡시실란 (General Electric 사에서 A-1100 으로 판매됨) 등) 이 사이즈 조성물 내에서 함께 다발로 된 개별 유리 섬유 (12) 를 유지시키기에 효과적이다. 우레탄계 사이징 조성물에 폴리우레탄-아크릴 합금과 같은 첨가제를 첨가하는 것은 다발 일체성을 유지하는데 도움이 된다는 것도 또한 발견되었다.It has been found that certain chemical groups in combination are particularly effective at keeping the chopped
그리고, 에폭시 경화제 (curative) 와 조합된 에폭시계 막 형성 분산물은 본 발명에 사용되기에 효과적인 사이징 조성물이다. 특히, Epi-Rez 5520 과 같은 에폭시계 막 형성제 및 Resolution Performance Products 사로부터 구입가능한 DPC-6870 과 같은 에폭시 경화제는, 특히 메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 (General Electric 사로부터 A-174 로서 구입가능함) 과 같은 메타크릴옥시 실란과 조합되어, 효과적인 사이징 조성물을 형성한다.And epoxy-based film forming dispersions in combination with epoxy curatives are effective sizing compositions for use in the present invention. In particular, epoxy based film formers such as Epi-Rez 5520 and epoxy curing agents such as DPC-6870 available from Resolution Performance Products, in particular methacryloxypropyltriethoxysilane (commercially available as A-174 from General Electric) In combination with methacryloxy silane such as) to form an effective sizing composition.
또한, 불포화 폴리에스테르 수지 막 형성제가 유용한 사이징 조성물을 형성하는데 효과적임이 밝혀졌다. 예컨대, PE-412 (물에서 유제로 된 스티렌 내 불포화 폴리에스테르 (AOC)) 또는 Neoxil PS 4759 (DSM 사로부터 구입가능) 와 같은 불포화 폴리에스테르 수지 막 형성제가 본 발명에 사용되기에 효과적인 사이즈이다. 불포화 폴리에스테르 막 형성제는 단독으로 또는 Benox L-40LV (Norac Company, Inc.) 와 같은 과산화 벤조일 경화 촉매와 조합되어 사용될 수 있다. 과산화 벤조일 경화 촉매는 불포화 폴리에스테르의 경화 (가교) 를 촉진하고, 유리 섬유를 둘러싸는 막을 방수가 되도록 한다.It has also been found that unsaturated polyester resin film formers are effective in forming useful sizing compositions. For example, unsaturated polyester resin film formers such as PE-412 (unsaturated polyester in styrene emulsions in water) or Neoxil PS 4759 (available from DSM) are effective sizes for use in the present invention. Unsaturated polyester film formers may be used alone or in combination with a benzoyl peroxide curing catalyst such as Benox L-40LV (Norac Company, Inc.). The benzoyl peroxide curing catalyst promotes curing (crosslinking) of the unsaturated polyester and makes the film surrounding the glass fibers waterproof.
사이징 조성물은 Drew L-139 (Ashland Chemical 의 계열사 Drew Industries 로부터 이용가능함) 와 같은 소포제, Emerstat 6660A (Cognis 사로부터 이용가능함) 와 같은 대전 방지제, Surfyno 465 (Air Products 사로부터 이용가능함) 와 같은 계면활성제, Triton X-100 (Cognis 사로부터 이용가능함) 및/또는 증점제 등의 종래 첨가제를 선택적으로 포함할 수 있다. 첨가제는 사이즈 조성물 내에 미량 (예컨대, 활성 고형물의 약 0.1 중량% 미만) 으로부터 활성 고형물의 약 5 중량% 이하로 존재할 수 있다.Sizing compositions include antifoams, such as Drew L-139 (available from Drew Industries, a subsidiary of Ashland Chemical), antistatic agents, such as Emerstat 6660A (available from Cognis), surfactants such as Surfyno 465 (available from Air Products) , Conventional additives such as Triton X-100 (available from Cognis) and / or thickeners. The additive may be present in the size composition in trace amounts (eg, less than about 0.1 weight percent of active solids) up to about 5 weight percent of active solids.
유리 섬유 (12) 가 사이징 조성물로 처리된 후, 특정된 원하는 개수의 개별 유리 섬유 (12) 를 갖는 섬유 스트랜드 (36) 로 모아지고 분할된다. 스플리터 슈 (splitter shoe, 34) 가, 가늘어지고 사이징 된 유리 섬유를 섬유 스트랜드 (36) 로 분할한다. 유리 섬유 스트랜드 (36) 는 절단되기 전에 제 2 스플리터 슈 (도시 안 됨) 를 통과할 수 있다. 섬유 스트랜드 (36) 에 존재하는 특정 개수의 개별 유리 섬유 (12) (따라서 유리 섬유 (12) 의 분할 개수) 는 절단 유리 섬유 다발 (10) 의 특정 용도에 따라 변한다. 예컨대, 부싱이 유리 섬유를 가늘게 하기 위한 4000 개의 오리피스를 갖는다면, 100 개의 섬유를 포함하는 유리 섬유 다발을 얻기 위해, 가늘어진 유리 섬유를 40 개의 진로로 분할하는 것이 필요하다. 그러한 특정 다발의 유리 섬유의 다발 텍스는 다발을 형성하는 유리 섬유의 직경에 의존한다. 섬유 다발이 100 개의 개별 유리 섬유를 포함하는 상기의 예에서, 유리 섬유의 섬유 직경이 12 마이크론이라면, 산출되는 다발 텍스는 29 이 다. 다발 직경이 16 마이크론이라면, 산출되는 다발 텍스는 51 g/㎞ 이다. 유리 섬유 (12) 는, 약 20 ∼ 약 200 g/㎞, 바람직하게는 약 30 ∼ 약 50 g/㎞ 의 다발 텍스를 갖도록 특정 개수의 개별 섬유를 갖는 섬유 다발로 분할되는 것이 바람직하다.After the
섬유 스트랜드 (36) 는 모임 슈 (38) 로부터 절단기 (40)/코트 (cot, 60) 조합체에 전달되어, 이 조합체에서 약 0.125 ∼ 약 3 인치, 바람직하게는 약 0.25 ∼ 약 1.25 인치의 길이를 갖는 습식 절단 유리 섬유 다발 (42) 로 절단된다. 습식 절단 유리 섬유 다발 (42) 은 건조 오븐 (46) 으로 전달되기 위해 컨베이어 (44) (다공성 (foraminous) 컨베이어 등) 상으로 떨어질 수 있다. 또는, 습식 절단 유리 섬유 다발 (42) 은 나중의 사용을 위해 컨테이너 (도시 안 됨) 에서 수집될 수 있다.The
그리고 나서, 사이징된 습식 절단 섬유의 다발 (42) 은 건조되어, 사이징 조성물을 경화 또는 응고시킨다. 바람직하게는, 섬유의 습식 다발 (42) 은 절단 유리 섬유 다발 (10) 을 형성하기 위해 종래 유전체 (RF) 오븐, Cratec 오븐 (Owens Corning 사로부터 이용가능) 과 같은 유동층 오븐, 또는 회전식 트레이 열적 오븐과 같은 오븐 (46) 에서 건조된다. 그리고 나서, 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 수집 컨테이너 (48) 에 수집될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 자유수 (free water, 즉, 절단 섬유 다발 (42) 의 외부에 있는 물) 의 약 99 % 초과 (또는 약 99%) 가 제거된다. 그러나, 건조 오븐 (46) 에 의해 실질적으로 물 전부가 제거되는 것이 바람직하다. 여기서 사용되는 "실질적으로 물 전부" 라는 표현은 섬유 다발 (42) 의 자유수 전부 또는 거의 전부가 제거됨을 나타낸다.The
적어도 한 예시적인 실시형태에서, 유리 섬유의 습식 다발 (42) 이 종래 유전체 (RF) 오븐에서 건조된다. 유전체 오븐은 서로 떨어져 있는 전극들을 포함하고, 이 전극들은 연속적으로 반대 전하를 갖는 전극들 사이에 교류 고주파 전기장을 생성한다. 유리 섬유의 습식 다발 (42) 은 상기 전극들 사이 그리고 전기장을 통과하는데, 여기서 교류 고주파 전기장이 물 분자를 여기시키고, 그 분자의 몰 에너지를 습식 절단 섬유 다발 (42) 내 물이 증발하기에 충분한 레벨로 상승시킨다.In at least one exemplary embodiment, the
습식 유리 섬유의 다발 (42) 을 유전체 건조시키는 것은 섬유 대 섬유 결합을 강화하고 다발 대 다발 접착을 감소시킨다. 유전체 에너지는 절단 유리 섬유의 습식 다발 (42) 을 균일하게 침투하고, 물이 재빨리 증발하도록 하여, 습식 유리 다발 (42) 을 서로 분리된 채로 유지하는 것을 돕는다. 그리고, 유전체 오븐에 의하면, 습식 섬유로부터 습분을 제거하기 위해 종래에 필요했던 섬유 교반의 동적인 방법 없이, 습식 유리 섬유 다발 (42) 을 건조시킬 수 있다. 이러한 교반의 생략은, 오븐 내에서의 높은 공기 유속 및 베드에서의 섬유 재료의 물리적 운동으로 인해 종래 유동층 및 트레이 건조 오븐에서 통상적으로 관찰되던 섬유의 마찰 또는 마모를 감소시키거나 제거한다. 그리고, 교반의 생략은 유전체 오븐의 능력을 매우 증가시켜, 유리 섬유를 다발로 유지시키고, 공격적인 종래 열 처리에서처럼 유리 섬유 스트랜드를 필라멘트화하지 않는다.Dielectric drying of the
다른 실시형태에서, 습식 절단 유리 섬유 다발 (42) 은 Cratec 오븐과 같 은 유동층 오븐 또는 회전식 트레이 오븐에서 건조될 수 있다. Cratec 건조 오븐 및 회전식 트레이 오븐 모두에서, 습식 절단 유리 섬유 다발 (42) 은 건조되고, 섬유 상에 있는 사이징 조성물은 제어된 온도를 갖는 고온의 공기 유동을 이용하여 응고된다. 그리고 나서, 건조된 섬유 다발 (10) 은, 절단 유리 섬유 다발 (10) 이 수집되기 전에 롱 (long), 버플 볼 및 바람직하지 않은 다른 물질을 제거하기 위해, 스크린 위로 전달된다. 그리고, Cratec 과 회전식 트레이 오븐에서 일반적으로 발견되는 높은 오븐 온도는 사이즈를 매우 높은 레벨의 경화로 재빨리 경화시킬 수 있고, 이는 조숙한 필라멘트화의 발생을 감소시킨다.In another embodiment, the wet cut
도 4 에 개략적으로 나타낸 본 발명의 제 2 실시형태에서, 유리 섬유 (12) 는 부싱 (30) 으로부터 가늘어진다. 위에서 상세히 설명한 수성 사이징 조성물이 가늘어진 유리 섬유 (12) 에 가해져, 습식 사이징된 유리 섬유 (50) 를 형성한다. 사이징은 외부 적용 롤러 (32) 에 의하거나 또는 사이즈를 유리 섬유 (12) 에 직접 분사하는 것 (도시 안 됨) 과 같이 종래 방법에 의해 가해질 수 있다. 열전달 챔버 (52) 내에 사이즈 어플리케이터를 위치시키는 것은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 생각된다. 그리고 나서, 습식 사이징된 유리 섬유 (50) 는 열전달 챔버 (52) 에 들어가고, 부싱 (30) 주위로부터 열전달 챔버 (52) 의 상단부 (54) 안으로 주변 공기가 유입된다.In the second embodiment of the present invention schematically shown in FIG. 4, the
도 4 에 나타낸 것처럼, 열전달 챔버 (52) 는 사이즈 어플리케이터 (32) 아래에 배치되고, 열전달 챔버 (52) 의 상단부 (54) 안으로 유입하는 공기가 부싱 (30) 에 의해 생성된 최대 열에 의해 가열되도록, 열전달 챔버 (52) 의 상단부 (54) 가 부싱 (30) 에 충분히 가까이 위치된다. 그리고, 열전달 챔버 (52) 는, 가열된 공기가 습식 유리 섬유 (50) 의 사이즈 조성물에 존재하는 물 또는 용매를 증발시키도록, 사이징된 유리 섬유 (50) 를 중심으로 본질적으로 주위에 배치된다. 열전달 챔버 (52) 는 사이징된 습식 유리 섬유 (50) 를 건조시키거나 또는 실질적으로 건조시키기에 충분한 거리로 사이즈 어플리케이터 (32) 로부터 하방으로 연장된다. 바람직한 실시형태에서, 유리 섬유 (50) 의 습분 함량은 약 0.05 % 미만이다. 습식 유리 섬유 (50) 는 열전달 챔버 (52) 는 열전달 챔버 (52) 를 통해 이동하고 그 챔버 (52) 에서 건조된 유리 섬유 (56) 로서 나오게 된다. 그러한 단열 과정은 Flautt 등의 미국특허 제5,055,119호에 기재되어 있다.As shown in FIG. 4, the
그리고 나서, 건조된 사이즈 유리 섬유 (56) 가 특정 바람직한 개수의 개별 유리 섬유 (12) 의 건조된 섬유 스트랜드 (58) 로 모아지고 분할된다. 스플리터 슈 (34) 가 건조된 사이즈 유리 섬유 (56) 를 건조된 섬유 스트랜드 (58) 로 분할하고, 그리고 나서 이 섬유 스트랜드는 모임 슈 (38) 에 의해 절단을 위한 단일 토 (59) 로 모일 수 있다. 스플리터 슈 (34) 는, 열전달 챔버 (52) 를 나오기 전에 습식 유리 섬유 (50) 를 스트랜드로 분할하기 위해 열전달 챔버 (52) 내에 내적으로 (도시 안 됨) 위치될 수 있다. 이러한 상황에서, 모임 슈 (38) 는 열전달 챔버 (52) 내에 위치되거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 스플리터 슈 (34) 는 열전달 챔버 (52) 에 들어가기 전에 유리 섬유 (12) 를 분할하기 위해 사이즈 어플리케이터 (32) 와 열전달 챔버 (52) 사이에 위치될 수 있다 (도시 안 됨).The dried
결합된 유리 섬유 스트랜드 의 토 (59) 는 건조된 절단 섬유 다발 (10) 을 형성하기 위해 종래 코트 (60) 와 커터 (40) 의 조합체에 의해 절단될 수 있다. 상기한 것처럼, 건조된 절단 섬유 다발 (10) 은 약 0.125 ∼ 약 3 인치의 길이, 바람직하게는 약 0.25 ∼ 약 1.25 인치의 길이를 가질 수 있다. 적어도 한 바람직한 실시형태에서, 건조된 사이즈 유리 섬유 (56) 는, 약 20 ∼ 약 200 g/㎞, 바람직하게는 약 30 ∼ 약 50 g/㎞ 의 다발 텍스를 갖는 섬유의 건조된 다발 (58) 로 분할된다. 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 저장을 위해 수집 컨테이너 (48) 에 떨어지거나 또는 절단 스트랜드 매트의 인라인 형성을 위해 컨베이어 상에 놓일 수 있다(본 실시형태는 도시되지 않음). 다른 실시형태에서, 건조된 절단 섬유 다발 (10) 은 더욱 건조시키기 위해 종래 유전체 (RF) 오븐, Cratec 오븐 (Owens Corning 사로부터 이용가능) 과 같은 유동층 오븐, 또는 회전식 트레이 열적 오븐으로의 운송을 위한 컨베이어 (도시 안 됨) 상에 놓일 수 있다.The
사용에 있어서, 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 도 5 에 나타낸 것처럼 절단 스트랜드 매트 (84) 에 사용될 수 있다. 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 저장 컨테이너 (60) 에 의해 컨베이어 (62) 에 제공될 수 있다. 건조된 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 다양한 계면활성제, 점도 조절제, 소포제, 및/또는 다른 화학 제재를 포함하는 혼합 탱크 (64) 내에 위치되고 교반되어 절단 유리 섬유 다발 슬러리 (도시 안 됨) 를 형성한다. 슬러리는, 사이즈 조성물에 의해 절단 유리 섬유 다발 (10) 로부터 선택적으로 해제된 임의의 섬유를 더 분산시키기 위해, 머신 체스트 (machine chest, 66) 와 일정한 레벨 체스트 (68) 를 통해 전달될 수 있다. 그리고 나서, 유리 섬유 다발 슬러리는 일정한 레벨 체스트 (68) 로부터 헤드 박스 (70) 에 이송될 수 있고, 헤드 박스에서 슬러리는 이동 스크린 또는 다공성 컨베이어 (74) 상에 퇴적되고, 슬러리로부터 대부분의 물이 제거되어 웹 (72) 을 형성한다. 물은 종래 진공 또는 공기 흡입 시스템 (도 5 에 도시 안 됨) 에 의해 웹 (72) 으로부터 제거될 수 있다. 그리고 나서, 바인더 (76) 가 바인더 어플리케이터 (78) 에 의해 웹 (72) 에 가해진다. 그리고, 바인더로 코팅된 웹 (80) 이 건조 오븐 (82) 을 통과하여, 남아 있는 물을 제거하고 바인더를 경화시킨다. 오븐 (82) 에서 나온 형성된 부직 절단 스트랜드 매트 (84) 는 무작위로 분산된 유리 섬유 다발을 포함한다. 부직 절단 스트랜드 매트 (84) 는 나중 사용을 위한 저장용 권취 롤 (86) 에 감길 수 있다.In use, the dried chopped
바인더는 아크릴 바인더, 스티렌 아크릴로니트릴 바인더, 스티렌 부타디엔 고무 바인더, 우레아 포름알데히드 바인더 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 바인더는 폴리아크릴 산과 적어도 1종의 폴리올 (예컨대, 트리에탄올아민 또는 글리세린) 로 형성된 표준 열경화성 아크릴 바인더이다. 본 발명에 사용되기에 적절한 아크릴 바인더의 예로는, Vinamul 8831 (Celenese 사로부터 이용가능) 과 같은 가소화된 폴리비닐아세테이트 바인더 및 Duracet 637 과 Duracet 675 (Franklin Internatinoal 사로부터 이용가능) 과 같은 개질 폴리비닐아세테이트가 포함된다. 바인더는 프로세스와 생성물 성능을 향상시키기 위한 종래 첨가제 (염료, 오일, 충전제, 착색제, UV 안정화제, 커플링제 (예컨대, 아미노실란), 윤활제, 습윤제, 표면활성제, 및/또는 대전 방지제 등) 를 선택적으로 포함할 수 있다.The binder may be an acrylic binder, styrene acrylonitrile binder, styrene butadiene rubber binder, urea formaldehyde binder or mixtures thereof. Preferably, the binder is a standard thermosetting acrylic binder formed of polyacrylic acid and at least one polyol (eg, triethanolamine or glycerin). Examples of suitable acrylic binders for use in the present invention include plasticized polyvinylacetate binders such as Vinamul 8831 (available from Celene) and modified polyvinyl acetates such as Duracet 637 and Duracet 675 (available from Franklin Internatinoal). Acetate is included. The binder selects conventional additives (dyes, oils, fillers, colorants, UV stabilizers, coupling agents (eg, aminosilanes), lubricants, wetting agents, surfactants, and / or antistatic agents, etc.) to improve process and product performance. It may include.
본 발명의 절단 유리 섬유 다발 (10) 에 의해 제공되는 다수의 이점이 존재한다. 예컨대, 절단 유리 섬유 다발 (10) 은 특히 종래 에어레이드 프로세스에 의해 형성되는 유리 다발과 비교할 때 매우 빠른 속도로 형성될 수 있다. 절단 유리 섬유 다발의 제조 속도를 증가시키면, 소비자에게 팔 수 있는 더 많은 산출량 및 추가적인 제품을 생산할 수 있다. 그리고, 섬유가 개별 단계에서 건조되고 절단될 필요가 없으므로, 절단 유리 섬유 다발이 낮은 제조 비용으로 형성될 수 있다.There are a number of advantages provided by the chopped
그리고, 상기한 습식 프로세스에서 절단 스트랜드 매트를 형성하는데 절단 유리 섬유 다발 (10) 을 이용하면, 실질적으로 균일한 분포의 유리 (가공 (aerial) 밀도) 를 가지며 외관이 흰색인 매트가 제공된다. 또한, 절단 유리 섬유 다발을 형성하기 위해 습식 섬유를 사용하면, 최종 절단 스트랜드 매트에 보플이 전혀 또는 거의 발생하지 않아 유리하다.And, using the chopped
본 발명을 개략적으로 설명하였지만, 달리 언급하지 않는 한 배타적이거나 제한적이지 않고 단지 설명 목적으로 이하에서 기재하는 특정한 구체적인 예를 통해 더 이해할 수 있을 것이다.While the invention has been described in outline, it will be further understood through the specific specific examples set forth below for purposes of illustration only and not exclusive or restrictive unless otherwise indicated.
예Yes
예 1: 건조 절단 유리 섬유 다발의 형성Example 1: Formation of dry cut fiberglass bundles
이하에서 개략적으로 설명하는 것처럼 버킷 (bucket) 에서 표 1 ∼ 4 에 나타낸 사이징 조성물을 제조하였다. 사이즈 조성물을 제조하기 위해, 약 90 % 의 물과, 사이즈 조성물 내에 존재한다면, 산(들)을 버킷에 첨가하였다. 실란 커플링제를 버킷에 첨가하고, 실란이 가수분해할 수 있는 시간 동안 그 혼합물을 교반하였다. 실란의 가수분해 후, 윤활제와 막 형성제를 그 혼합물에 교반하면서 첨가하여, 사이즈 조성물을 형성하였다. 그리고 나서, 사이즈 조성물을 남은 물로 희석하여, 약 4.5 % 혼합 고형물 (mix solid) 의 목표 혼합 고형물을 얻는다.As outlined below, a sizing composition shown in Tables 1 to 4 was prepared in a bucket. To prepare the size composition, about 90% water and acid (s), if present in the size composition, were added to the bucket. The silane coupling agent was added to the bucket and the mixture was stirred for a time during which the silane could hydrolyze. After hydrolysis of the silane, a lubricant and a film former were added to the mixture with stirring to form a size composition. The size composition is then diluted with the remaining water to obtain a target mixed solid of about 4.5% mix solids.
[표 1] 폴리우레탄 사이즈 조성물 ATABLE 1 Polyurethane Size Composition A
(a) 폴리우레탄 막 형성 분산물 (Cognis) (a) Polyurethane Film Forming Dispersion (Cognis)
(b) 에폭시 경화제 (Resolution Performance Products) (b) Epoxy Curing Agent (Resolution Performance Products)
(c) γ-아미노프로필트리에톡시실란 (General Electric) (c) γ-aminopropyltriethoxysilane (General Electric)
(d) 폴리우레탄-아크릴 합금 (Cognis) (d) Polyurethane-acrylic alloys (Cognis)
(e) 스테아릭 에타놀아미드 (AOC) (e) stearic ethanolamide (AOC)
[표 2] 폴리우레탄 사이즈 조성물 BTABLE 2 Polyurethane Size Composition B
(a) 폴리우레탄 막 형성 분산물 (Chemtura) (a) Polyurethane Film Forming Dispersion (Chemtura)
(b) 에폭시 경화제 (Resolution Performance Products) (b) Epoxy Curing Agent (Resolution Performance Products)
(c) γ-아미노프로필트리에톡시실란 (General Electric) (c) γ-aminopropyltriethoxysilane (General Electric)
(d) 폴리우레탄-아크릴 합금 (Cognis) (d) Polyurethane-acrylic alloys (Cognis)
(e) 모노올레이트 에스테르 (Cognis) (e) Monooleate esters (Cognis)
[표 3] 에폭시 사이즈 조성물 ATABLE 3 Epoxy Size Composition A
(a) 물 내 에폭시 수지 막 형성 분산물 (Resolution Performance Products) (a) Epoxy Resin Film Forming Dispersion in Water (Resolution Performance Products)
(b) 에폭시 경화제 (Resolution Performance Products) (b) Epoxy Curing Agent (Resolution Performance Products)
(c) 모노올레이트 에스테르 (Cognis) (c) monooleate esters (Cognis)
(d) 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 (General Electric) (d) methacryloxypropyltrimethoxysilane (General Electric)
[표 4] 에폭시 사이즈 조성물 DTable 4 Epoxy Size Composition D
(a) 에폭시 수지 막 형성 분산물 (Resolution Performance Products) (a) Epoxy Resin Film Forming Dispersion (Resolution Performance Products)
(b) 에폭시 경화제 (Resolution Performance Products) (b) Epoxy Curing Agent (Resolution Performance Products)
(c) 모노올레이트 에스테르 (Cognis) (c) monooleate esters (Cognis)
(d) 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 (General Electric) (d) methacryloxypropyltrimethoxysilane (General Electric)
각각의 사이즈가 이하에서 설명하는 것처럼 종래 방식 (롤타입 어플리케이터 등) 으로 E-유리에 가해진다. E-유리는 2052 홀 팁 플레이트가 부착된 75 lb/hr 용량의 부싱을 통해 13 ㎛ 유리 필라멘트로 가늘어진다. 필라멘트는 모아지고 16 개의 진로로 분할되어서, 유리 섬유 다발당 128 개의 필라멘트와 약 43 g/㎞ 의 다발 텍스를 얻는다. 그리고 나서, 유리 섬유 다발은 기계적 코트-커터 조합체에 의해 약 1.25 인치의 길이로 절단되고 플라스틱 팬 (pan) 에 모인다. 절단된 유리 섬유는 약 15 % 형성 습분을 포함하고 있다. 절단 유리 섬유 다발에 있는 이 습분은 유전체 오븐 (40 MHz, Radio Frequency Co.) 에서 제거되어, 건조된 절단 유리 섬유 다발을 형성한다.Each size is applied to the E-glass in a conventional manner (roll type applicator, etc.) as described below. The E-glass is tapered into 13 μm glass filaments through a 75 lb / hr bushing with a 2052 hole tip plate attached. The filaments are collected and divided into 16 paths, yielding 128 filaments per bundle of fiberglass and a bundle tex of about 43 g / km. The glass fiber bundles are then cut to a length of about 1.25 inches by a mechanical coat-cutter combination and collected in a plastic pan. The chopped glass fibers contain about 15% forming moisture. This moisture in the chopped glass fiber bundles is removed in a dielectric oven (40 MHz, Radio Frequency Co.) to form dried chopped glass fiber bundles.
예 2: 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용한 절단 Example 2: Cutting with dried cut glass fiber bundles 스트랜드Strand 매트의 형성 Formation of mat
4 개의 절단 유리 매트를 형성하기 위해 예 1 의 절차에 따라 형성된 건조 절단 섬유 다발을 사용하였다. 건조 절단 섬유 다발 (표 1 ∼ 4 에 나타낸 상기한 사이즈 조성을 각각 포함함) 을 250 갤런 혼합 탱크에 현탁시키고, 이에 적절한 첨가제 (표면활성제, 분산제 등) 를 교반하면서 첨가하여, 절단 유리 섬유 다발 슬러리를 형성하였다. 흰색 물 슬러리의 성분 (물 이외) 을 표 5 에 나타내었다.A dry chopped fiber bundle formed according to the procedure of Example 1 was used to form four chopped glass mats. The dry chopped fiber bundles (including the above-described size compositions shown in Tables 1 to 4, respectively) are suspended in a 250 gallon mixing tank, and suitable additives (surfactant, dispersant, etc.) are added thereto while stirring to cut the chopped glass fiber bundle slurry. Formed. The components (other than water) of the white water slurry are shown in Table 5.
[표 5]TABLE 5
(a) 음이온성 폴리아크릴아미드 (Drew Industries 사로부터 이용가능) (a) Anionic Polyacrylamides (available from Drew Industries)
(b) 비이온성 표면활성제 (Air Products 사로부터 이용가능) (b) Nonionic Surfactants (available from Air Products)
(c) 소포제 (Drew Industries 사로부터 이용가능) (c) Defoamer (available from Drew Industries)
(d) 살생물제 (biocide) (ONDEO Nalco) (d) biocide (ONDEO Nalco)
유리 슬러리를 각각 이동 체인 상에 두었고, 여기서 진공에 의해 대부분의 물을 제거하여 웹을 형성하였다. 가소화된 폴리비닐아세테이트 매트 바인더를 그 유리 웹 (Celenese 의 Vinamul 8831) 에 위어 (weir) (커튼 코터) 에 의해 가하였다. 그리고, 웹을 450 ℉ 에서 30 초간 가압 공기 오븐을 통과시켜, 웹으로부터 남아 있는 물을 제거하고, 바인더를 경화시키고, 절단 유리 매트를 형성하였다. 매트의 기본 중량의 측정 결과, 약 1 oz/ft2 이었다. 또한, 매트에 바인더가 5.0 중량% 로 존재하는 것으로 판명되었다. 매트는 순백색이었고 육안상 우수한 기공 밀도를 나타내었다. 그리고, 절단 유리 매트는 기계 방향 (MD) 에서의 30 lb 및 가로 방향 (CD) 에서의 25 lb 의 건조 인장 강도를 나타내었다.The glass slurries were each placed on a moving chain, where most of the water was removed by vacuum to form a web. A plasticized polyvinylacetate mat binder was added to the glass web (Vinamul 8831 by Helene) by a weir (curtain coater). The web was then passed through a pressurized air oven at 450 ° F. for 30 seconds to remove residual water from the web, cure the binder, and form a chopped glass mat. As a result of measuring the basis weight of the mat, it was about 1 oz / ft 2 . It was also found that the binder was present at 5.0 wt% in the mat. The mat was pure white and showed good pore density visually. And the chopped glass mat exhibited a dry tensile strength of 30 lb in the machine direction (MD) and 25 lb in the transverse direction (CD).
폴리에스테르 수지 (AOC R937) 를 가지며 Attofina DDM9 촉매 (2-부탄온 과산화물) 로 촉매화된 절단 유리 매트로 라미네이트를 제조하였다. 비교를 용이하게 하기 위해, 본 발명의 절단 유리 섬유 다발을 포함하는 라미네이트는 모두 3 oz/ft2 기본 중량과 실질적으로 동등한 두께를 가졌다. 핸드 레이업을 모방하여, 30 분 동안 공칭 온도 (120 ℉) 및 압력으로 유압 프레스에서 라미네이트를 형성하였다. 14 in2 라미네이트의 경우 프레스 범위의 하한의 압력은 10,000 lb 이었고, 이는 약 50 psi 에 해당한다. 라미네이트는 기계적 시험 전에 200 ℉, 오븐에서 2 시간 동안 후-경화처리된다.Laminates were made with a chopped glass mat having a polyester resin (AOC R937) and catalyzed with an Attofina DDM9 catalyst (2-butanone peroxide). To facilitate comparison, the laminates comprising the chopped glass fiber bundles of the present invention all had a thickness substantially equal to the 3 oz / ft 2 basis weight. Mimicking hand layup, the laminate was formed in a hydraulic press at nominal temperature (120 ° F.) and pressure for 30 minutes. For 14 in 2 laminates, the lower end of the press range pressure was 10,000 lb, which is approximately 50 psi. The laminate is post-cured for 2 hours in an oven at 200 ° F. before mechanical testing.
본 발명의 절단 유리 섬유 다발을 포함하는 라미네이트를 인장 강도와 휨 강도에 대해 시험하였다. 인장 강도를 ASTM D5083 의 실험절차에 따라 판정하였고, 휨 강도를 ASTM D790 의 실험절차에 따라 판정하였다. 비교 매트를 표 6 에 나타내었다.Laminates comprising the chopped glass fiber bundles of the present invention were tested for tensile strength and flexural strength. Tensile strength was determined according to the experimental procedure of ASTM D5083, and flexural strength was determined according to the experimental procedure of ASTM D790. Comparative mats are shown in Table 6.
[표 6]TABLE 6
본 발명의 절단 유리 섬유 다발을 포함하는 라미네이트의 기계적 시험 결과, 본 발명의 라미네이트는 표준 절단 스트랜드 매트 (M723A) 및 놀랍게도 M8643 과 M8610, 연속 필라멘트 매트 (CFM) 와 비교해 거의 동등한 성능을 나타내었다. 비교 시험의 결과를 도 6 ∼ 9 에 나타내었다.Mechanical tests of laminates comprising the chopped glass fiber bundles of the present invention showed that the laminates of the present invention exhibited nearly equivalent performance compared to standard chopped strand mats (M723A) and surprisingly M8643 and M8610, continuous filament mats (CFM). The result of the comparative test is shown to FIGS. 6-9.
예 3: 열전달 Example 3: heat transfer 챔버를Chamber 이용한 건조 절단 유리 섬유 다발의 형성 Formation of Used Dry-cutting Fiberglass Bundles
표 1 ∼ 4 에 나타낸 사이즈 각각을 제조하고, 2052 홀 팁 플레이트가 부착된 75 lb/hr 용량의 부싱에서 13 ㎛ 유리 필라멘트로 가늘어진 E-유리에 종래 방식으로 가하였다. 사이징된 섬유를 유리 섬유 다발당 128 개의 필라멘트를 얻도록 16 개의 진로로 분할되고, 열전달 챔버를 통과시키며, 여기서 유리 섬유 다발을 건조시키기 위해 부싱에 의해 생성되는 최대 열에 의해 가열된 공기가 열전달 챔버 내로 유입되었다. 건조된 유리 섬유 다발은 약 43 g/㎞ 의 다발 텍스를 가졌다. 건조된 유리 섬유 다발을 하나의 토로 모으고 기계적 코트-커터 조합체로 1.25 인치의 길이로 절단하였다. 절단 유리 섬유를 플라스틱 팬에 모았다. 유리 섬유는 0 % 형성 습분을 포함하였다.Each of the sizes shown in Tables 1-4 was prepared and applied in a conventional manner to E-glass tapered with 13 μm glass filaments in a 75 lb / hr capacity bushing with a 2052 hole tip plate. The sized fibers are divided into 16 paths to obtain 128 filaments per glass fiber bundle, passed through a heat transfer chamber, where the air heated by the maximum heat generated by the bushing to dry the glass fiber bundles into the heat transfer chamber. Inflowed. The dried glass fiber bundles had a bundle tex of about 43 g / km. The dried glass fiber bundles were collected in one toe and cut into lengths of 1.25 inches with a mechanical coat-cutter combination. The cut glass fibers were collected in a plastic pan. The glass fibers contained 0% forming moisture.
예 4: 열전달 Example 4: heat transfer 챔버를Chamber 이용하여 형성된 건조 절단 유리 섬유 다발을 이용한 절단 Cutting using dry cut glass fiber bundles formed using 스트랜드Strand 매트의 형성 Formation of mat
예 3 에 기재된 절차에 따라 형성된 건조 절단 섬유 다발을 4 개의 절단 유리 매트를 형성하기 위해 이용하였다. 건조 절단 섬유 다발 (표 1 ∼ 4 에 기재된 상이한 사이즈 조성물을 각각 포함함) 을 250 갤런 혼합 탱크에 현탁시키고, 이에 적절한 첨가제 (표면활성제, 분산제 등) 를 교반하면서 첨가하여, 절단 유리 섬유 다발 슬러리를 형성하였다. 흰색 물 슬러리의 성분 (물 이외) 을 표 7 에 나타내었다.A dry chopped fiber bundle formed according to the procedure described in Example 3 was used to form four chopped glass mats. The dry chopped fiber bundles (each containing the different size compositions listed in Tables 1 to 4) are suspended in a 250 gallon mixing tank, and suitable additives (surfactant, dispersant, etc.) are added thereto while stirring to cut the chopped glass fiber bundle slurry. Formed. The components (other than water) of the white water slurry are shown in Table 7.
[표 7]TABLE 7
(a) 음이온성 폴리아크릴아미드 (Drew Industries 사로부터 이용가능) (a) Anionic Polyacrylamides (available from Drew Industries)
(b) 비이온성 표면활성제 (Air Products 사로부터 이용가능) (b) Nonionic Surfactants (available from Air Products)
(c) 소포제 (Drew Industries 사로부터 이용가능) (c) Defoamer (available from Drew Industries)
(d) 살생물제 (biocide) (ONDEO Nalco) (d) biocide (ONDEO Nalco)
유리 슬러리를 각각 이동 체인 상에 두었고, 여기서 진공에 의해 대부분의 물을 제거하여 웹을 형성하였다. 가소화된 폴리비닐아세테이트 매트 바인더를 그 유리 웹 (Franklin International 사의 Duracet 675) 에 위어 (커튼 코터) 에 의해 가하였다. 그리고, 웹을 450 ℉ 에서 30 초간 강제 공기 오븐에 통과시켜, 웹으로부터 남아 있는 물을 제거하고, 바인더를 경화시키고, 절단 유리 매트를 형성하였다. 매트의 기본 중량의 측정 결과, 약 1 oz/ft2 이었다. 또한, 매트에 바인더가 5.0 중량% 로 존재하는 것으로 판명되었다. 육안 관찰시, 매트는 순백색이었고 육안상 우수한 기공 밀도를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 그리고, 절단 유리 매트는 기계 방향 (MD) 에서의 32 lb 및 가로 방향 (CD) 에서의 27 lb 의 건조 인장 강도를 나타내었다.The glass slurries were each placed on a moving chain, where most of the water was removed by vacuum to form a web. A plasticized polyvinylacetate mat binder was added to the glass web (Duracet 675 from Franklin International) by a weir (curtain coater). The web was then passed through a forced air oven at 450 ° F. for 30 seconds to remove remaining water from the web, cure the binder, and form a chopped glass mat. As a result of measuring the basis weight of the mat, it was about 1 oz / ft 2 . It was also found that the binder was present at 5.0 wt% in the mat. On visual observation, the mat was pure white and was found to exhibit good pore density visually. And the chopped glass mat exhibited a dry tensile strength of 32 lb in the machine direction (MD) and 27 lb in the transverse direction (CD).
폴리에스테르 수지 (AOC R937) 를 가지며 Attofina DDM9 촉매 (2-부탄온 과산화물) 로 촉매화된 절단 유리 매트로 라미네이트를 제조하였다. 비교를 용이하게 하기 위해, 본 발명의 절단 유리 섬유 다발을 포함하는 라미네이트는 모두 3 oz/ft2 기본 중량과 실질적으로 동등한 두께를 가졌다. 핸드 레이업을 모방하여, 30 분 동안 공칭 온도 (120 ℉) 및 압력으로 유압 프레스에서 라미네이트를 형성하였다. 14 in2 라미네이트의 경우 프레스 범위의 하한의 압력은 10,000 lb 이었고, 이는 약 50 psi 에 해당한다. 라미네이트는 기계적 시험 전에 200 ℉, 오븐에서 2 시간 동안 후-경화처리된다. 본 발명의 절단 유리 섬유 다발을 포함하는 라미네이트의 기계적 시험 결과, 본 발명의 라미네이트는 표준 절단 스트랜드 매트 (M723A) 및 놀랍게도 M8643 과 M8610, 연속 필라멘트 매트 (CFM) (표 6 참조) 와 비교해 거의 동등한 성능을 나타내었다.Laminates were made with a chopped glass mat having a polyester resin (AOC R937) and catalyzed with an Attofina DDM9 catalyst (2-butanone peroxide). To facilitate comparison, the laminates comprising the chopped glass fiber bundles of the present invention all had a thickness substantially equal to the 3 oz / ft 2 basis weight. Mimicking hand layup, the laminate was formed in a hydraulic press at nominal temperature (120 ° F.) and pressure for 30 minutes. For 14 in 2 laminates, the lower end of the press range pressure was 10,000 lb, which is approximately 50 psi. The laminate is post-cured for 2 hours in an oven at 200 ° F. before mechanical testing. Mechanical tests of laminates comprising the chopped glass fiber bundles of the present invention show that the laminates of the present invention have nearly equivalent performance compared to standard chopped strand mats (M723A) and surprisingly M8643 and M8610, continuous filament mats (CFM) (see Table 6). Indicated.
예 5: 건조된 절단 유리 섬유 다발을 이용하여 절단 Example 5: Cutting with dried cut glass fiber bundles 스트랜드Strand 매트로 이루어진 라미네이트의 인장 강도 Tensile Strength of Laminates Made of Mat
예 3 에 기재된 절차에 따라 형성된 건조 절단 섬유 다발을, 상기 예 4 에서 기재한 것처럼 4 개의 절단 유리 매트를 형성하기 위해 사용하였다. 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 로 사이징된 건조 절단 섬유 다발을, 250 갤런 혼합 탱크에서 표 7 에 나타낸 성분을 포함하는 흰색 물 슬러리에 현탁시켰다. 유리 슬러리를 이동 체인 상에서 각각 수집하였고, 여기서 진공에 의해 대부분의 물을 제거하여 웹을 형성하였다. 가소화된 폴리비닐아세테이트 매트 바인더를 그 유리 웹 (Franklin International 사의 Duracet 675 또는 Duracet 637) 에 위어 (커튼 코터) 에 의해 가하였다. 그리고, 웹을 450 ℉ 에서 30 초간 강제 공기 오븐을 통과시켜, 웹으로부터 남아 있는 물을 제거하고, 바인더를 경화시키고, 절단 유리 매트를 형성하였다.A dry chopped fiber bundle formed according to the procedure described in Example 3 was used to form four chopped glass mats as described in Example 4 above. The dry chopped fiber bundles sized with the polyurethane size composition A (Table 1) were suspended in a white water slurry comprising the components shown in Table 7 in a 250 gallon mixing tank. The glass slurries were each collected on a moving chain, where most of the water was removed by vacuum to form a web. A plasticized polyvinylacetate mat binder was added to the glass web (Duracet 675 or Duracet 637 from Franklin International) by a weir (curtain coater). The web was then passed through a forced air oven at 450 ° F. for 30 seconds to remove water remaining from the web, to cure the binder, and form a chopped glass mat.
상기 예 4 에서 기재한 절차에 따라 절단 유리 매트로부터 라미네이트를 제조하였다. 실험된 다양한 샘플 (샘플 1 ∼ 7) 을 표 8 에 나타내었다. 샘플 1 및 샘플 2 는 바인더로서 Duracet 637 을 포함하였고, 샘플 3 및 샘플 4 는 바인더로서 Duracet 675 를 포함하였다. 기계 방향 (MD) 및 가로 방향 (CD) 에서의 인장 강도에 대해 라미네이트를 시험하였다. 그 결과를 표 10 및 표 11 에 나타내었다. 그 결과에 따르면, 라미네이트는 기계 방향에서 치우침을 나타낸다. 이러한 치우침 현상은 종래 에어레이드 프로세스에 따라 제조된 매트와 대조적이며, 이는 전혀 또는 거의 전혀 치우침을 나타내지 않는다. 기계 방향에서의 치우침은, 절단 스트랜드 매트가 소비자가 롤에서 당겨내는 방향에서 본질적으로 더 강하기 때문에, 라미네이트에게 유리하다. 결과적으로, 더 큰 롤이 제조될 수 있다. 그리고, 부가적인 강도로 인해, 소비자는 절단 스트랜드 매트를 롤에서 더 빠른 속도로 매트가 찢어질 가능성이 더 적은 상태로 당겨낼 수 있다. 또한, 데이터에 따르면, 사이즈 조성물 A 로 사이징된 절단 유리 섬유 다발로 형성된 라미네이트가 비교 대상에 비해 더 우수한 강도를 나타낸다.Laminates were prepared from chopped glass mats according to the procedure described in Example 4 above. The various samples tested (samples 1-7) are shown in Table 8.
[표 8]TABLE 8
예 6: 다양한 Example 6: various 사이징Sizing 조성물을 이용한 벌크 성형 화합물의 형성 Formation of Bulk Molding Compound Using Composition
4 분의 1 인치 (1/4") 절단 유리 섬유 샘플을 표 8 에 나타낸 조성을 갖는 벌크 성형 화합물로 제조하였다.A quarter inch (1/4 ") chopped glass fiber sample was prepared from a bulk molding compound having the composition shown in Table 8.
[표 9] 벌크 성형 화합물 조성TABLE 9 Bulk Molding Compound Composition
(a) 불포화 폴리에스테르 수지 (AOC) (a) unsaturated polyester resin (AOC)
(b) 열가소성 (AOC) (b) thermoplastic (AOC)
(c) 3차-부틸퍼벤조에이트 (tert-butylperbenzoate) 촉매 (c) tert-butylperbenzoate catalyst
(d) 탄산칼슘 (Cabot) (d) Calcium Carbonate (Cabot)
(e) 이형제 (Aldrich Chemical Co.) (e) Release Agent (Aldrich Chemical Co.)
표 8 의 벌크 성형 화합물 조성물을 20 중량% 에서 다양한 사이징 조성물로 사이징된 다양한 실험 유리로 제조하였다. 다양한 실험 유리 섬유를 샘플 1 ∼ 샘플 10 으로서 아래에 나타내었다. 장입물 (charge) 를 12 인치 × 18 인치 공구 안에 두고, 10,000 psi, 265 ℉ 에서 5 분 동안 성형하였다. 라미네이트를 0°및 90°방향에서 ASTM D256 에 따른 노치 충격 강도에 대한 저항에 대해 시험하였다. 그 결과를 표 12 및 13 에 나타내었다. 그 결과에 따르면, 실험 사이즈 조성물로 사이징된 유리 섬유는 적어도 제어에 필적하는 성능을 나타내었다. 상기 결과는, 유리를 적어도 20 시간 동안 건조시키는 종래 프로세스에 비해 짧은 시간 (30 분) 동안 유리 섬유를 건조시킴으로써 적어도 필적하는 충격 강도가 달성되었으므로, 예상 밖이었다.The bulk molding compound compositions of Table 8 were prepared from various experimental glasses sized at 20 wt% with various sizing compositions. Various experimental glass fibers are shown below as Sample 1-
샘플 1 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 265 ℉ 의 열적 오븐에서 6 시간 동안 건조시켰다.Sample 1-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried in a thermal oven at 265 ° F. for 6 hours.
샘플 2 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 그리고 나서 265 ℉ 의 열적 오븐에서 1 시간 동안 건조시켰다.Sample 2-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes and then in a thermal oven at 265 ° F. for 1 hour.
샘플 3 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 그리고 나서 265 ℉ 의 열적 오븐에서 2 시간 동안 건조시켰다.Sample 3-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes and then in a thermal oven at 265 ° F. for 2 hours.
샘플 4 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 그리고 나서 265 ℉ 의 열적 오븐에서 2 시간 동안 건조시켰다.Sample 4-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes and then in a thermal oven at 265 ° F. for 2 hours.
샘플 5 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 그리고 나서 265 ℉ 의 열적 오븐에서 2 시간 동안 건조시켰다.Sample 5-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried for 30 minutes in an RF oven and then in a thermal oven at 265 ° F. for 2 hours.
샘플 6 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 A (표 1) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 그리고 나서 265 ℉ 의 열적 오븐에서 2 시간 동안 건조시켰다.Sample 6-Polyurethane Size Composition A (Table 1) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes and then in a thermal oven at 265 ° F. for 2 hours.
샘플 7 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 B (표 2) 를 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 건조시켰으며, 후 가열은 없었다.Sample 7-Polyurethane Size Composition B (Table 2) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes, with no post heating.
샘플 8 - 에폭시 사이즈 조성물 A (표 3) 을 유리 섬유에 가하고, 30 분간 RF 오븐에서 건조시켰으며, 후 가열은 없었다.Sample 8-Epoxy Size Composition A (Table 3) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 30 minutes with no post heating.
샘플 9 - 에폭시 사이즈 조성물 A (표 3) 을 유리 섬유에 가하고, 20 분간 RF 오븐에서 건조시켰으며, 후 가열은 없었다.Sample 9-Epoxy Size Composition A (Table 3) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 20 minutes with no post heating.
샘플 10 - 폴리우레탄 사이즈 조성물 B (표 2) 를 유리 섬유에 가하고, 20 분간 RF 오븐에서 건조시켰으며, 후 가열은 없었다.Sample 10-Polyurethane Size Composition B (Table 2) was added to the glass fibers and dried in an RF oven for 20 minutes with no post heating.
샘플 12 - 제어 벌크 성형 화합물 (BMC) 건식용 절단 스트랜드 (브라질의 Rio Claro 로부터의 101C; Owens Corning)Sample 12-Controlled Bulk Molding Compound (BMC) Dry Cutting Strand (101C from Rio Claro, Brazil; Owens Corning)
이상으로 이러한 용도의 본 발명을 일반적으로 그리고 특정 실시형태와 관련하여 설명하였다. 바람직한 실시형태로 여겨지는 것으로서 본 발명을 기재하였지만, 본 기술분야의 당업자에게 알려진 넓은 범위의 변형이 일반적인 개시 범위 내에서 이루어질 수 있다. 본 발명은 이하에 기재된 청구범위에 의해 그 범위가 정해진다.The foregoing has described the invention for this purpose in general and in connection with specific embodiments. Although the invention has been described as what is considered to be the preferred embodiment, a wide range of modifications known to those skilled in the art can be made within the general disclosure. The scope of the invention is defined by the claims set forth below.
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