PL189337B1

PL189337B1 - Bezwodna kompozycja klejąca, zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej oraz sposób wytwarzania materiału kompozytowego

Info

Publication number: PL189337B1
Application number: PL98337484A
Authority: PL
Inventors: Leonard J. Adzima; David L. Shipp; Andrew B. Woodside; David G. Miller; Catherine A. Barron
Original assignee: Owens Corning Fiberglass Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2005-07-29
Also published as: KR100522280B1; EP0994978A4; DE69826862D1; WO1999000543A1; AU8060598A; TW483968B; JP2002507255A; CN1261935A; JP4216345B2; ES2230697T3; EP0994978A1; KR20010014376A; US5998029A; PL337484A1; AU732567B2; EP0994978B1; EA200000070A1; EA001952B1; DE69826862T2

Abstract

1. Bezwodna kompozycja klejaca do nakladania na wlókna szklane, wzmacniajace polimery, znamienna tym, ze zawiera a) jedna lub wiecej substancji blonotwórczych, które sa mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja blonotwórcza ma temperature topnienia w zakresie 30-60°C i lepkosc 75-400 cP; oraz b) 0,1-5% wagowych jednego lub wiecej czynników sprzegajacych wybranych z grupy zlozonej z silanów; przy czym klej ma strate prazenia 2 - 1 0 %, kiedy jest stosowany wobec szklanych wlókien wzmacniajacych. 15. Sposób wytwarzania materialu kompozytowego, znamienny tym, ze a) wytwarza sie pasma wlókien szklanych, b) powleka sie pasma wlókien bezwodna kompozycja klejaca, jak okreslono w za- strz. 1 , oraz c) naklada sie powloke z zywic polimerowych na wlókno szklane, posiadajace przy- najmniej czesc swej powierzchni pokry ta wysuszona pozostaloscia kompozycji klejacej. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezwodna kompozycja klejąca, zastosowanie tej kompozycji oraz sposób wytwarzania materiału kompozytowego. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest bezwodna kompozycja klejąca, nadająca się do nakładania na gorąco na włókna szklane, stosowane następnie do wytwarzania wzmocnionych polimerów, zwłaszcza nylonu i polipropylenu.

Kompozycje klejące są znane i szeroko stosowane przy wytwarzaniu włókien szklanych lub węglowych, by polepszyć ich właściwości przetwarzania, takie jak: kohezja pęku włókien, zwijanie, możliwość rozprowadzania, odporność na strzępienie, gładkość i miękkość włókien, odporność na ścieranie i łatwość oraz niedestrukcyjna rozwijalność pęków włókien nawiniętych na cewkę. Kompozycje klejące mają również wpływ na fizyczne właściwości kompozytu zawierającego obrobione włókna szklane.

W przemyśle wzmocnionych tworzyw sztucznych stosuje się włókna szklane w różnych postaciach do wzmacniania osnów polimerowych, w zależności od rodzaju końcowego wyrobu polimerowego. Włókna szklane są używane w postaci ciągłych lub ciętych włókienek, pasm i przędzy, jak również jako tkaniny i włókniny, siatki i płótna do wzmacniania polimerów. Termoplastyczne osnowy polimerowe są wzmacniane wieloma różnymi postaciami włókien szklanych, zwłaszcza przy produkcji takich wyrobów jak: kształtki arkuszowe, kształtki bryłowe, wyroby uzyskiwane przez prasowanie ciągłe, wyroby płytowe, kształtki napylane, itd.

Wytwarzanie włókien szklanych, stosowanych do wzmacniania polimerów, wymaga snucia włókien szklanych z roztopionych strumieni materiału szklanego, nadającego się do wytwarzania włókien, z łódki lub podobnego urządzenia dołączonego do pieca zawierającego roztopiony materiał szklany. Snucie włókien szklanych odbywa się za pomocą konwencjonalnych środków, takich jak przewijarki lub strumienie powietrza pod wysokim ciśnieniem. W procesie wytwarzania włókien szklanych pewną kompozycję chemiczną nakłada się na włókna, na krótko po ich wysnuciu z roztopionych strumieni szkła. Zwykle ta kompozycja chemiczna jest roztworem wodnym, kompozycją piankową lub żelową, zawierającą polimerowe materiały błonotwórcze, czynniki sprzęgające lub zamykające, środki smarowe i czasami

189 337 środki wspomagające obróbkę. Taka kompozycja chemiczna lub klejąca jest niezbędna w celu powstrzymywania międzywłókienkowego ścierania włókien szklanych, kiedy są one zebrane w wiązkę włókien szklanych lub pasm. Kompozycja taka jest również pożądana, by uczynić włókna szklane kompatybilnymi wobec osnów polimerowych, które są wzmacniane włóknami. Po nałożeniu kleju, włókna suszy się albo w postaci pakietu, albo w postaci ciętego pasma, zanim będą użyte do wzmocnienia osnów polimerowych.

W procesie wzmocnienia formowanych polimerów wytwarzano zarówno kompozyt krótkowłóknowy, jak i kompozyt długowłóknowy. Zwykle, w procesie wytwarzania kompozytów krótkowłóknowych miesza się granulki czystego polimeru z ciętymi włóknami szklanymi tak, że włókna szklane są rozproszone w całym polimerze przy wytłaczaniu. Do wytwarzania kompozytów długowłóknowych stosuje się prasowanie ciągłe, gdzie gorący termoplastyczny polimer jest wytłaczany poprzez przędzenie szkła, tak aby utworzyć kompozyt. Taki sposób wytwarzania kompozytu szkło-polimer jest kosztowny i bardzo powolny głównie ze względu na duża lepkość termoplastycznego polimeru.

Cięte włókna szklane są zwykle używane jako materiały wzmacniające w wyrobach termoplastycznych. Zwykle, takie włókna wytwarza się przez wyciąganie roztopionego szkła we włókienka poprzez łódkę lub płytkę dyszową, nakładanie kompozycji klejącej, zawierającej środki smarowe, czynników sprzęgających i żywic spoiwa błonotwórczego na włókienka, zbieranie włókienek w pasma, cięcie pasm włókien na odcinki o żądanej długości i suszenie kompozycji klejącej. Takie pocięte odcinki pasm miesza się następnie z polimeryzowalną żywicą, a mieszaninę do prowadza się do prasy lub maszyny do formowania wtryskowego w celu ukształtowania w wyroby z tworzywa sztucznego wzmocnione włóknem szklanym. Zwykle, cięte pasma miesza się z granulkami polimeryzowanej żywicy termoplastycznej, a mieszaninę doprowadza się do wytłaczarki, gdzie żywicę roztapia się i miesza z ciętymi pasmami, przez co integralność pasm włókien szklanych ulega zniszczeniu i włókna są rozproszone w całej roztopionej żywicy, przy czym długość włókien jest zmniejszona, a zawiesinę włókien w żywicy kształtuje się w granulki. Granulki te są następnie doprowadzane do maszyny do kształtowania i kształtowane są z nich wyroby z zasadniczo jednorodną zawiesiną włókien szklanych.

Cięte włókna szklane wytworzone w takich procesach są zwykle grube i nie płyną dobrze. W konsekwencji jest nieco trudno manipulować takimi włóknami i czasami powstają problemy w automatycznych urządzeniach przetwórczych.

Większość prób ulepszenia tego procesu skierowano na zagęszczenie ciętych pasm. Prace te miały na celu ulepszenie płynności ciętych pasm, co przypuszczalnie pozwoliłoby na korzystanie z automatycznych urządzeń do odważania i transportowania włókien szklanych do mieszania z żywicami termoplastycznymi. Przykładowo, w procesie ujawnionym w opisie USA nr 4 840 755, wilgotne cięte pasma są walcowane, korzystnie na drgającym nośniku, by zaokrąglić pasma i zagęścić je w gęściejsze granulki o kształcie cylindrycznym.

Te znane sposoby i urządzenia wprawdzie pozwalają na wytworzenie gęściejszych granulek o kształcie bardziej cylindrycznym, charakteryzujących się lepszą płynnością, to jednakże mają pewne niepożądane ograniczenia. Przykładowo, rozmiar granulek i zawartość włókien są znacznie ograniczone przez rozmiar i liczbę włókien w ciętym paśmie. Chociaż oddzielne pasma lub luźne włókienka według sprawozdań przyklejają się do innych pasm podczas procesu walcowania, proces ten jest przeznaczony do zapobiegania klejeniu się ze sobą wielu ciętych segmentów pasm z tworzeniem granulek zawierających więcej włókien niż występuje w jednym ciętym paśmie. W konsekwencji, aby otrzymać granulki o odpowiedniej gęstości nasypowej i o wystarczającym stosunku średnicy do długości, by charakteryzowały się dobrą płynnością, pasmo, z którego tnie się odcinki, musi być utworzone z dużej liczby włókienek.

Jednakże zwiększenie liczby włókienek, które trzeba utworzyć i połączyć w jedno pasmo, w niepożądany sposób komplikuje operację formowania.

Chociaż opisane granulki mogą być wytwarzane przez takie różne procesy mieszania, stwierdzono, że wiele spośród tych procesów albo ma zbyt małą wydajność, aby można było je stosować przemysłowo, albo nie mogą być one odpowiednio kontrolowane w celu wytwarzania jednorodnego granulowanego produktu, który zapewnia wytworzenie końcowego wy189 337 robu kompozytowego o właściwościach wytrzymałościowych porównywalnych z wyrobami wykonanymi z nie granulowanych ciętych włókien pasma. Przykładowo, zastosowanie zmodyfikowanej tabletkarki tarczowej według patentu USA nr 4 840 755 często powoduje nadmierny czas przebywania ukształtowanych granulek wewnątrz mieszalnika, co jest przyczyną rozpadu granulek na skutek ściernej natury granulek z włókien szklanych trących się wzajemnie o siebie. Taka degradacja granulek w efekcie zmniejsza właściwości wytrzymałościowe wyrobów z nich ukształtowanych.

Zwykle stosowane metody traktowania włókien klejem wymagają stosowania pieców, w celu suszenia tych pokrytych klejem włókien. Kleje wodne zawierają ponadto znaczną ilość lotnych składników organicznych (VOC). Chcąc uniknąć problemów z zanieczyszczeniem środowiska, próbowano znaleźć sposoby zmniejszenia ilości lotnych składników organicznych, jednakże przy utrzymaniu fizycznych właściwości włókien.

Istnieje zatem zapotrzebowanie na całkiem nowe podejście, które eliminuje konieczność manipulowania ciętymi włóknami szklanymi przed zmieszaniem z polimerem.

Celem wynalazku jest opracowanie kompozycji klejącej do nakładania na włókna szklane, która umożliwia wyeliminowanie wad powyżej opisanych.

Według wynalazku bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polimery, charakteryzuje się tym, że zawiera

a) jedną Iub więcej substancji błonotwórczych, które są mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja błonotwórcza ma temperaturę topnienia w zakresie 30-60°C i lepkość 75-400 cP; oraz

b) 0,1-5% wagowych jednego lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów;

przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedy jest stosowany wobec szklanych włókien wzmacniających.

Korzystnie, czynnik sprzęgający jest wybrany z grupy obejmującej 3-glicydoksypropylotrójmetoksysilan, 3-metakryloksypropylotrójmetoksysilan oraz 3-aminopropylotrójetoksysilan.

Korzystnie, substancje błonotwórcze są wybrane z grupy obejmującej poliamid, polipropylen, polibutyl, tereftalan, poliamid posiadający łańcuch węglowy zawierający 6 atomów węgla, poliamid posiadający powtarzalny zespół zawierający dwa łańcuchy węglowe, przy czym każdy łańcuch zawiera 6 atomów węgla, chemicznie sprzężony polipropylen, poliwęglan, polisiarczek fenylenu, termoplastyczny poliuretan, acetal i HDPE, albo są wybrane z grupy obejmującej woski o dużej masie cząsteczkowej, woski o mniejszej masie cząsteczkowej, alkidy poliestrowe o mniejszej masie cząsteczkowej, polikaprolaktony oraz maleinowane polipropyleny o małej masie cząsteczkowej.

Bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające poliamid, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera

a) jedną lub więcej substancji błonotwórczych, które są mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja błonotwórczą ma temperaturę topnienia w zakresie 30-60°C i lepkość 75-400 cP; oraz

b) jeden lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów; przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedy jest stosowany wobec szklanych włókien do wzmacniania poliamidu.

Korzystnie, substancje błonotwórcze są wówczas wybrane z grupy obejmującej poliuretany o małej masie cząsteczkowej, polikaprolaktony, poliestry oraz nienasycone poliestry.

Korzystnie, substancje błonotwórcze są polikaprolaktonami, zaś czynnikiem sprzęgającym jest aminosilan.

Bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polipropylen, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera

b) jeden lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów;

189 337 przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedy jest stosowany wobec szklanych włókien do wzmacniania polipropylenu.

Korzystnie, substancja błonotwórcza jest wówczas wybrana z grupy obejmującej amorficzne woski, mikrokrystaliczne woski, maleinowane polipropyleny o małej masie cząsteczkowej oraz żywice węglowodorowe.

Korzystnie, substancje błonotwórcze są bezpostaciowymi woskami, a czynnik sprzęgający jest aminosilanem.

Według wynalazku powyżej określone bezwodne kompozycje klejące znajdują zastosowanie w procesie wytwarzania włókien szklanych.

Korzystnie, kompozycję klejąca stosuje się do wytwarzania wzmocnionych polimerów, w których włókna szklane są powleczone polimerem wybranym z grupy obejmującej poliamid, polipropylen, poliwęglan oraz politereftalan butylu.

Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że

a) wytwarza się pasma włókien szklanych,

b) powleka się pasma włókien bezwodną kompozycją klejącą, jak określono powyżej, oraz

c) nakłada się powłokę z żywic polimerowych na włókno szklane, posiadające przynajmniej część swej powierzchni pokrytą wysuszoną pozostałością kompozycji klejącej.

Korzystnie, etap powlekania pasm włókien szklanych bezwodną kompozycją klejąca prowadzi się w wysokiej temperaturze.

Ponadto, bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polimery, charakteryzuje się tym, że zawiera

a) jeden lub więcej polikaprolaktonów, jako substancję błonotwórczą; oraz

b) aminosilanowy czynnik sprzęgający.

Powyżej określona kompozycja jest stosowana, według wynalazku, do wytwarzania włókien szklanych, posiadających przynajmniej część swej powierzchni powleczoną wysuszoną pozostałością kompozycji klejącej.

Nieoczekiwanie stwierdzono, ze dzięki nałożeniu na włókno szklane kompozycji klejącej według wynalazku jest możliwe bezpośrednie powlekanie włókna szklanego materiałem polimerowym, który ma być wzmocniony. Przezwycięża to dotychczasową wadę długich włókien z kosztownym i powolnym procesem impregnacji szkła. W szczególności, duża ilość kleju umożliwia równomierne rozprowadzenie pasma szkła w polimerze podczas procesu formowania.

Stwierdzono też, że proces wytwarzania ciągłych pakietów przędzy o krawędziach kwadratu, dzięki użyciu bezwodnej kompozycji klejącej według wynalazku, nie tylko spełnia, lecz nawet przekracza wymagania ochrony środowiska dotyczące emisji lotnych składników organicznych. Ponadto, stosowanie kompozycji według wynalazku znacznie skraca czas i całkowity koszt produkcji obrobionych włókien przez wyeliminowanie konieczności stosowania pieców suszarniczych i demontażu pakietu (zwykle na skutek nadmiernej migracji kleju).

Nałożenie kompozycji klejącej według wynalazku na włókno szklane, umożliwia bezpośrednie powlekanie włókna szklanego materiałem polimerowym, który ma być wzmocniony. Przezwycięża to dotychczasową wadę długich włókien z kosztownym i powolnym procesem impregnacji szkła. W szczególności, duża ilość kleju umożliwia równomierne rozprowadzenie pasma szkła w polimerze podczas procesu formowania.

Bezwodna kompozycja klejąca może być nakładana bezpośrednio na gorąco na włókna szklane w procesie kształtowania, aby zapewnić przędzenie z większym klejeniem. W szczególności kompozycja klejąca umożliwia wyższy poziom klejenia we włóknie szklanym, tak że żywica osnowy łatwiej łączy się z włóknem szklanym.

Stosowanie kompozycji według wynalazku umożliwia wytwarzanie granulek z żywicy termoplastycznej, zawierającej włókna szklane, przy znacznie większej wydajności i znacznie zmniejszonym koszcie. W szczególności, klejenie za pomocą kompozycji według wynalazku polepsza skuteczność odtłuszczania, przez co ulepsza się proces powlekania i czyni się z niego korzystny środek wytwarzania granulek. Ponadto, jest możliwe powlekanie klejonego włókna szklanego polimerem, przez co eliminuje się konieczność wytłaczania lub prasowania ciągłego, aby wytwarzać włókna lub granulki z kompozytu szkło-polimer. Możliwe jest rów189 337 niez przędzenie z silnym obciążeniem klejem, co z kolei pozwala na skuteczniejsze łączenie szkła z materiałami termoplastycznymi, na wet przy rozproszeniu włókien szklanych wewnątrz polimeru.

Kompozycja według wynalazku charakteryzuje się stratą prażenia (LOI) w zakresie 2-10%. W przypadku stosowania klejów znanych ze stanu techniki nie jest możliwe uzyskanie takiej wartości LOI, ze względu na wypływanie kleju, migrację oraz problemy z zawieszeniem i suszeniem pakietu.

Kompozycja według wynalazku może być nakładana przy wysokich temperaturach bezpośrednio na włókna szklane w środowisku formowania włókien, przez co uzyskuje się w jednym etapie nadający się do transportu pakiet przędzy bez żadnego suszenia w piecu, migracji i rozpadu. Ponadto, kompozycja klejąca według wynalazku umożliwia wytwarzanie materiału kompozytowego z długimi włóknami. W szczególności, kompozycja klejąca zapewnia przędzę szklaną z dużym obciążeniem klejem, która może być następnie powlekana termoplastycznym polimerem z dużymi prędkościami, ewentualnie nawet 300 m/minutę, oraz cięta na granulki.

Dzięki stosowaniu bezwodnego kleju, żywice nie ulegają emulsyfikacji ani mieszaniu z rozpuszczalnikami, co powoduje, że znacznie zmniejsza się zawartość lotnych składników organicznych. Ponadto, czynniki sprzęgające, takie jak silany, nie są mieszane z wodą. W pewnych przypadkach zmniejsza to hydrolizę i może zmniejszyć uwalnianie lotnych składników organicznych do środowiska.

Stosowanie kompozycji według wynalazku umożliwia bezpośrednie wytwarzanie materiałów kompozytowych. Proces ten obejmuje nakładanie bezwodnego kleju na włókno szklane, bezpośrednie powlekanie polimerem włókna szklanego, które następnie chłodzi się, tnie i transportuje.

Figura 1 przestawia przekrój granulki z powleczonego kompozytu z długim włóknem, wytworzonej przy użyciu kompozycji klejącej według wynalazku.

Figura 2 przedstawia porównawczy kompozyt, stanowiący całkowicie impregnowany materiał z włókien szklanych, znanych pod nazwą Celstran™ N66G50.

Włókno A (fig. 1) przedstawia przędzę według przedmiotowego wynalazku z 4% wagowymi kleju w stosunku do szkła i 2% kleju w stosunku do całego powleczonego nylonem, poliamidem materiału z długim włóknem. Przez 1A oznaczono wiązkę 4000 włókienek z 4% klej w szkle. Przez 2A oznaczono nylonową powłokę stanowiącą 48% wagowymi całości włókien. Włókno B (fig. 2) przedstawia przekrój granulki materiału Celstran™ N66G50 z długim włóknem jako materiał jednorodny. Przez IB oznaczono wiązkę 4000 włókienek z 0,5% wagowymi kleju na szkle i 0,25% kleju względem całości włókien.

Bezwodna kompozycja klejąca według przedmiotowego wynalazku złożona jest z jednego lub więcej składników błonotwórczych i jednego lub więcej składników sprzęgających. Korzystny składnik błonotwórczy powinien mieć postać stałą w temperaturze pokojowej, a topić się w zakresie 30-60°C i być przy 100°C cieczą o lepkości 75-400 cP.

Korzystny składnik sprzęgający powinien być cieczą w temperaturze pokojowej i mieć temperaturę wrzenia większą niż 100°C. Odpowiednie składniki sprzęgające obejmują organofunkcjonalne silany, 3-glicydoksypropylotrójmetoksysilan i 3-metakryloksypropylotrójmetoksysilan. Korzystnym składnikiem sprzęgającym do stosowania według wynalazku jest 3-aminopropylotrójetoksysilan dostępny w handlu z firmy OSi Specialties of Witco pod oznaczeniem handlowym A-l 100. Korzystnie organofunkcjonalne silany są stosowane w ilości 0,1-5% kompozycji klejącej.

Substancje błonotwórcze użyteczne według wynalazku obejmują substancje błonotwórcze mieszalne z polimerem, który ma być wzmocniony. Przykładowo w przypadku nylonu odpowiednie substancje błonotwórcze obejmują polikaprolaktony takie jak Tone 0310 i 0260 z firmy Union Carbide. Do wzmacniania polipropylenów odpowiednie substancje błonotwórcze obejmują bezpostaciowe woski, takie jak Vybar 260 i 825 z firmy Petrolite.

Oprócz wymaganych składników potrzebnych do realizacji wynalazku mogą również występować inne składniki normalnie dodawane do kompozycji do klejenia włókien szklanych lub węglowych. Przykładowo, kompozycja klejąca według wynalazku może zawierać środki antystatyczne, środki sieciujące lub utwardzacze, przeciwutleniacze, kationowe środki

189 337 smarowe do redukowania włókienek postrzępionych lub połamanych, niejonowe środki smarowe, środki zarodkowania lub niewielkie ilości pigmentu, itd. Przykładem środka sieciującego byłby bisilan.

W procesie według wynalazku pasmo zasadniczo ciągłych włókien szklanych jest tworzone konwencjonalnymi sposobami, takimi jak ciągnienie roztopionego szkła przez ogrzaną łódkę, by wytworzyć wiele zasadniczo ciągłych włókien szklanych i zebrać te włókna w pasmo. Każde znane urządzenie do wytwarzania takich włókien i zbierania ich w pasmo można odpowiednio stosować do zrealizowania sposobu według wynalazku. Odpowiednimi włóknami są włókna o średnicy 10-30 (im, zaś odpowiednie pasma zawierają 50-45000 włókien. Korzystnie pasma utworzone w procesie według wynalazku zawierają 4000-5000 włókien o średnicy 17-25 um.

Bezwodną kompozycję klejącą można stosować wobec włókien szklanych lub węglowych dowolnym znanym sposobem, na przykład podczas wytwarzania włókien szklanych lub po ochłodzeniu włókien szklanych do temperatury wystarczającej do umożliwienia nakładania bezwodnej kompozycji klejącej. Bezwodna kompozycja klejącą może być nakładana na włókna szklane za pomocą aplikatorów pasowych, rolkowych, natryskowych lub aplikatorów gorącego materiału roztopionego.

Korzystnie, kompozycja klejącą jest nakładana przez grzany aplikator, który nadaje się do nakładania lub dozowania niewielkich ilości substancji klejącej równomiernie na ciągłe pasmo szkła. Można stosować aplikatory stacjonarne i dwurolkowe, jednakże korzystnymi aplikatorami są aplikator o wymiarze szczeliny pomiędzy rolkami 1,9050 cm, aplikator o wymiarze szczeliny pomiędzy rolkami 0,9525 cm, aplikator dwurolkowy i aplikator ze szczeliną wieloelementową. Najkorzystniejszy jest aplikator o wymiarze szczeliny międzyrolkowej 1,9050 cm.

Aplikator o wymiarze szczeliny międzyrolkowej 1,9050 cm zwykle ma średnicę 1,9050 cm z rolką grafitową lub stalową. Dolny blok jest ogrzewany. Aplikator ten zapewnia przepływ kleju w pojedynczym przejściu ze zmniejszonym oporem w porównaniu ze standardowym aplikatorem zwykle stosowanym w tej dziedzinie. Zaletą tego aplikatora jest również to, że prędkość rolki jest regulowana przez przekładnię i napęd falownikowy. Ponadto jest on dobrze dostosowany do lepkości w zakresie 50-400 cP i obsługuje zwiększone wydajności w zakresie 0,5-8% lub powyżej.

Aplikator o wymiarze szczeliny 0,9525 cm różni się tym, że średnica rolki wynosi 0,9525 cm, a blok dolny jest podgrzewany. Aplikator ten również zapewnia przepływ kleju w pojedynczym przejściu z nieco mniejszym oporem w porównaniu ze szczeliną 1,9050 cm. Podobnie jak w przypadku aplikatora 1,9050 cm, prędkość rolki jest regulowana za pomocą przekładni i napędu falownikowego. Ponadto, aplikator ten jest użyteczny przy lepkościach w zakresie 50-400 cP, jak również pozwala na realizację procesu przy zwiększonej wydajności, w zakresie 0,3-3% lub więcej.

Urządzenie stosowane do wytwarzania klejonych włókien szklanych zawiera: grzaną łódkę do dostarczania strumieni roztopionego szkła do snucia w ciągłe włókna; urządzenie przeznaczone do snucia włókien z tych strumieni; oraz aplikator substancji klejącej. Aplikator substancji klejącej zawiera obudowę i aplikator rolkowy, który jest obrotowo sprzężony z obudową. Obudowa ma port zasilający przeznaczony do przyjmowania kompozycji klejącej pod ciśnieniem ze źródła zasilającego klejenie, szczelinę wyjściową i kanał przebiegający od portu zasilającego do szczeliny wyjściowej. Kanał ten przyjmuje kompozycję klejącą z portu zasilającego i dostarcza tę kompozycję klejącą do szczeliny wyjściowej tak, że kompozycja klejącą wychodzi z obudowy i jest przyjmowana na zewnętrznej powierzchni aplikatora rolkowego. Aplikator rolkowy jest usytuowany w odstępie od obudowy tak, że obudowa zasadniczo nie styka się z kompozycją klejącą i nie zmienia grubości kompozycji klejącej przyjmowanej na aplikatorze rolkowym.

Aplikator rolkowy korzystnie obraca się wokół środkowej osi, która jest usytuowana w zasadniczo poziomej płaszczyźnie. Szczelina wyjściowa może być usytuowana powyżej tej płaszczyzny poziomej, tak że kompozycja klejącą wychodzi z obudowy i jest przyjmowana na zewnętrznej powierzchni aplikatora rolkowego powyżej tej płaszczyzny poziomej.

189 337

Aplikator rolkowy zawiera ponadto części końcowe pierwszą i drugą. W jednym przykładzie wykonania pierwsza część końcowa ma pierwsze spirale lub gwinty, a druga część końcowa ma drugie spirale lub gwinty. Pierwsze i drugie spirale są przeciwnie skierowane tak, aby powodować rozbieżność kompozycji klejącej, która styka się wewnętrznie z pierwszą i drugą częścią końcową, gdy aplikator rolkowy obraca się. Korzystnie, przejście ma pole przekroju poprzecznego, które jest zasadniczo stałe od portu zasilającego do szczeliny wyjściowej.

Obrót aplikatora rolkowego jest powodowany przez urządzenie napędowe. To urządzenie napędowe zawiera zespół silnika i zespół sprzęgła. Zespół silnika zawiera silnik z wałem wyjściowym i z kołem napędzającym sprzężonym z wałem wyjściowym· tak, aby obracać się wraz z tym wałem wyjściowym. Zespół sprzęgła zawiera: obudowę sprzęgła; pierwszy wałek obrotowo zamontowany w obudowie i posiadający wewnętrzny otwór; drugi wałek umieszczony w tym otworze i posiadający pierścieniowe odsadzenie oraz odległą część końcową przeznaczoną do sprzężenia z aplikatorem rolkowym, tak że obrót drugiego wałka powoduje obrót aplikatora rolkowego; sprężynę umieszczoną w otworze i sprzężoną z pierścieniowym odsadzeniem drugiego wałka; ustalacz sprężyny, przymocowany do pierwszego wałka tak, aby obracał się wraz z pierwszym wałkiem i ustalał położenie sprężyny w otworze; oraz pasek umieszczony wokół koła napędzającego i części pierwszego wałka tak, że obrót koła napędzającego powoduje obrót pierwszego wałka. Sprężyna powoduje obrót drugiego wałka pod wpływem obrotu pierwszego wałka. Część pierwszego wałka może stanowić koło napędzające zamontowane na pierwszym wałku.

Odległa część końcowa drugiego wałka korzystnie ma kołek, który przebiega zasadniczo poprzecznie do środkowej osi drugiego wałka. Kolek ten jest przeznaczony do sprzężenia z przyjmującym go wycięciem w aplikatorze rolkowym.

Korzystnie, aplikator substancji klejącej służy do nakładania powłoki z kompozycji klejącej na włókna szklane. Aplikator ten zawiera obudowę i aplikator rolkowy, który jest obrotowo sprzężony z obudową. Obudowa ma port zasilający przeznaczony do przyjmowania kompozycji klejącej ze źródła zasilania kompozycją klejącą, szczelinę wyjściową i przejście przebiegające od portu zasilającego do szczeliny wyjściowej. To przejście przyjmuje kompozycję klejącą z portu zasilającego i dostarcza tę kompozycję klejącą do szczeliny wyjściowej tak, że kompozycja klejącą wychodzi z obudowy i jest przyjmowana na zewnętrznej powierzchni aplikatora rolkowego. Aplikator rolkowy jest usytuowany w pewnym odstępie od obudowy, tak że obudowa zasadniczo nie zmienia grubości kompozycji klejącej przyjmowanej na aplikatorze rolkowym.

Korzystnie, aplikator substancji klejącej jest przeznaczony do nakładania powłoki kompozycji klejącej na włókna szklane. Aplikator substancji klejącej zawiera obudowę i aplikator rolkowy, który jest sprzężony obrotowo z obudową. Obudowa ma port zasilania przeznaczony do przyjmowania kompozycji klejącej ze źródła zasilania substancją klejącą, szczelinę wyjściową i przejście przebiegające od portu zasilania do szczeliny wyjściowej. Przejście przyjmuje kompozycję klejącą z portu zasilania i dostarcza tę kompozycję klejącą do szczeliny wyjściowej, tak że ta kompozycja klejącą wychodzi z obudowy i jest przyjmowana na zewnętrznej powierzchni aplikatora rolkowego. Aplikator rolkowy jest usytuowany w odstępie od obudowy, tak że obudowa zasadniczo nie styka się z kompozycją klejącą po jej przyjęciu na aplikator rolkowy.

Aplikator dwurolkowy jest użyteczny przy nakładaniu substancji klejących o lepkościach w zakresie 1-200 cP przy wymaganej zwiększonej wydajności w zakresie 1-15%. Ten rodzaj aplikatora umożliwia dokładne kontrolowanie grubości błony.

Substancja klejąca nakładana jest przy użyciu ogrzewanego aplikatora nadającego się do nakładania lub dozowania niewielkich ilości 3 do 225 g/minutę substancji klejącej równomiernie rozprowadzonej na paśmie szkła. Korzystnie system aplikatora ma średnicę 0,6350 cm do 2,54 cm i jest zasilany za pomocą pompy Zenith szeregu H.

Bezwodna kompozycja klejąca według przedmiotowego wynalazku może być nakładana przy temperaturach w zakresie 30-150°C. Korzystnie ta kompozycja klejąca jest nakładana w zakresie 80-110°C. W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania kompozycja klejąca nakładana jest przy temperaturze 100°C.

183 337

Kompozycja klejąca może być nakładana przy lepkościach w zakresie 75-400 cP. Korzystnie kompozycja klejąca nakładana jest w zakresie 100-250 cP. W szczególnie korzystnym przykładzie realizacji bezwodna kompozycja klejąca nakładana jest przy lepkości w przybliżeniu 200 cP.

Ważna jest również ilość kompozycji klejącej nakładanej na szkło. W tradycyjnych pasmach ciętych % wagowy LOI kompozycji klejącej na włóknie szklanym lub węglowym wynosi 1% lub mniej, a przy krótkich włóknach normalnie wynosi około 0,5-1% kompozycji klejącej. Wpływ substancji klejącej na osnowę jest zatem stosunkowo niewielki. Natomiast w przypadku przedmiotowego wynalazku ilość substancji klejącej jest w zakresie 2-10%. W rezultacie, działanie kompozycji klejącej jest rozszerzone, tak że nie tylko zapewnia ona dobrą adhezję wraz z zapewnieniem ochrony i dobrych właściwości obróbki, ale staje się również ważnym składnikiem osnowy. W szczególności, w przypadku przedmiotowego wynalazku duża ilość kompozycji klejącej na szkle umożliwia równomierne rozmieszczenie powleczonych włókien szklanych w całym termoplastycznym polimerze podczas procesu formowania.

Jeden sposób określania stosowanego LOI polega na nałożeniu kompozycji klejącej w ilości wystarczającej, by zasadniczo wypełnić szczeliny w paśmie szkła. Wymaga to określenia i zmierzenia tych szczelin. Przy obliczeniu uwzględnia się gęstość włókienka szklanego i gęstość kompozycji klejącej i prowadzi się je następująco.

Obliczanie powierzchni poszczególnych składników.

P1 - pole sześciokąta opisującego okrąg o promieniu r (szkło plus kompozycja klejąca), Pj= n· r-r-tg (Π/6) gdzie n = 6 (liczba boków sześciokąta) w przypadku, gdy r = 1 cm, to P1, = 3,4641 cm²P2 - pole koła (szkło),

P2 = Π- r2

A w przypadku, gdy r = 1 cm, to P2= 3,1416 cm

P- pole powierzchni substancji klejącej

P = P1- P2 = 0,3225 cm2

Obliczanie objętości poszczególnych składników włókna o długości 1 cm.

V1 - objętość kompozycji klejącej

V1 = 0,3225 cm³

V₂ - objętość szkła

V₂= 3,1416 cm3

Obliczanie ciężaru poszczególnych składników.

C1 - ciężar kompozycji klejącej o gęstości d| = 1 g/cm3 Ci=d1V1=0,3225 g

C2 - ciężar szkła o gęstości d2 = 2,53 g/cm3

C2 = d_rV2 = 7,948 g

Ciężar sumaryczny substancji klejącej i szkła wynosi

C = C1+ C2 =8,2707 g

A zatem, procent wagowy substancji klejącej wynosi 3,9%.

Kompozycję klejącą można nakładać w ilościach w zakresie 2-10%. Korzystnie, kompozycja klejącą nakładana jest w zakresie 2-5%. W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania kompozycja klejąca jest nakładana na włókno szklane do wzmacniania nylonu przy LOI w zakresie 3,0-4,0%, przy czym najkorzystniejsza wartość LOI wynosi 3,5%. W innym

189 337 szczególnie korzystnym przykładzie wykonania kompozycja klejącą nakładana jest na włókno szklane do wzmacniania sprzężonego polipropylenu przy wartości LOI w zakresie 2-5%, przy czym najkorzystniejsza wartość LOI wynosi 3,5%. Jednakże, jak wynika z opisu i wzoru powyżej, korzystna wartość LOI będzie się zmieniać wraz z gęstością włókienek szkła i z gęstością kompozycji klejącej. Przykładowo, korzystna wartość LOI dla włókienka 23 n^m wynosi około 3,5%, natomiast w przypadku włókienka 20 (im korzystna wartość LOI wynosi około 4,1%, a dla włókienka 16 pm około 5,0%, zaś dla włókienka 13 pm korzystna wartość LOI wynosi około 6,2%. Zatem, im większa jest powierzchnia na gram szkła, tym więcej potrzeba kompozycji klejącej.

Procesy powlekania włókien kompozycją klejącą oraz formowania wtryskowego są prowadzone w podwyższonych temperaturach, wynoszących 120-315°C, które mogą spowodować utratę masy kompozycji klejącej. Kompozycja klejącą powinna zatem zawierać materiały, które nie podlegają rozkładowi w procesie powlekania i formowania, czyli zdolne wytrzymywać temperatury 120-315°C.

Zatem, w jednym przykładzie wykonania przewidziana jest kompozycja klejąca do obróbki włókien szklanych, zawierająca: jedną lub więcej substancji błonotwórczych mieszalnych z polimerem, który ma być wzmacniany lub użyty do powlekania drutu i jeden lub więcej czynników sprzęgających. Substancją błonotwórczą może być dowolna substancja błonotwórcza, która ma wystarczający ciężar cząsteczkowy, by była zasadniczo nielotna, ma lepkość w zakresie 75-400 cP przy 100°C i jest kompatybilna z termoplastyczną, osnową. Przykładowo, substancja błonotwórcza, taka jak polikaprolakton, byłaby stosowana tak, aby była mieszalna z substancją stosowaną do formowania, taką jak NYLON 66, poliamid mający powtarzające się ugrupowanie zawierające dwa łańcuchy węglowe, a każdy z tych łańcuchów zawiera 6 atomów węgla. Czynnikami sprzęgającymi mogą być takie, które są kompatybilne z wybranymi substancjami błonotwórczymi. Przykładowo, czynnikami sprzęgającymi kompatybilnymi z polikaprolaktonowymi substancjami błonotwórczymi byłyby różne funkcjonalne aminosilany.

Czynniki sprzęgające, nadające się do bezwodnej kompozycji klejącej, będą zwykle miały hydroizowalne grupy etoksy Iub silikon, ponieważ czynniki posiadające grupę metoksy zwykle dają bardziej niebezpieczny materiał przy hydrolizie. Ponadto, czynniki sprzęgające są wybierane tak, aby uniknąć wszelkich znacznych chemicznych reakcji ubocznych.

Po nałożeniu substancji klejącej na włókno szklane, wprowadza się włókno szklane w materiał polimerowy poprzez powlekanie ciągłej przędzy bezpośrednio lub pośrednio polimerem. Uzyskany kompozyt z włóknami szklanymi jest następnie cięty na granulki i transportowany do formowania.

Powlekanie odbywa się przez przepuszczanie ciągłej przędzy przez pierścień powlekający. Pierścień ten jest przymocowany do wytłaczarki, która doprowadza roztopiony termoplastyczny polimer poprzez otwór prostopadle do kierunku przechodzenia przędzy przez ten pierścień. Zadaniem materiału termoplastycznego jest otoczenie ze wszystkich stron powlekanej przędzy. Prędkość przeciągania przędzy i prędkość zasilania wytłaczarki określają ilość materiału termoplastycznego, który otacza przędzę. Wymiar otworu wyjściowego pierścienia również określa ilość materiału termoplastycznego, który otacza przędzę. Inną ważną zmienną jest lepkość materiału termoplastycznego, która jest sterowana przez temperaturę.

Przed rzeczywistym powlekaniem włókien szklanych w systemie, gdzie szkło jest powlekane polipropylenem, granulki polipropylenu miesza się z polipropylenowym dodatkiem posiadającym maleinowane grupy reakcyjne nadające się do polepszania spojenia polipropylenu ze szkłem. Korzystnym dodatkiem jest Polybond (PB-3001) otrzymywany z firmy UniRoyal Chemical. Dodatek ten miesza się z polipropylenem ręcznie w ilości około 2-15%, korzystnie 10%.

Po wytworzeniu pasmo jest cięte na kawałki o długości 0,03175 cm do 3,1750 cm. W procesie tym można zastosować dowolne odpowiednie urządzenia znane w dziedzinie cięcia pasm włókna szklanego z polimerem na takie odcinki. Odpowiednie urządzenia do cięcia włókien obejmują Conair - Jetro model nr 204T 90060, Bay City, Michigan.

189 337

Przykład 1

Przygotowano bezwodną kompozycję klejącą do wytwarzania kompozytów nylonu z włóknem szklanym. Klej o składzie niżej podanym oznaczono jako NI.

Składniki kleju N1	Zawartość składników % wagowe
R-5762 (alkid poliestrowy)	49,5
Tone 0260 (polikaprolakton)	49,5
A- 1100 (aminosilan)	1,0

Alkid poliestrowy, R-5762, wytworzono z materiałów wyjściowych, takich jak propoksylowany bisfenol A oraz bezwodnik maleinowy. W tabeli 1 podano charakterystykę alkidu poliestrowego.

Tabela 1

Skład poliestru R-5762 (zawartość monomerów w poliestrze)

Kwas maleinowy	0,4% wag.
Kwas fumarowy	0,04% wag.
Propoksylowany bisfenol A	34,3% wag.

Alkid poliestrowy R-5762

	detektor podczerwieni	detektor ultrafioletu
Liczbowo średni ciężar cząsteczkowy, Mn	550	510
Wagowo średni ciężar cząsteczkowy, M_w	620	600
Z średni ciężar cząsteczkowy, M_z	750	710
polidyspersyjność, d	1,13	1,17

Właściwości alkidu poliestrowego R-5762

VOC %	0,74
Liczba kwasowa	60,3
Lepkość, ICI, cP	140

Zawartość wody wynosi 0,01-0,06% wag. Temperatura zapłonu jest większa niż 204,4444°C. Lepkość przy 25°C wynosi 3.200.000. Formulacja kleju jest w stanie stałym przy 25°C i ma następującą zależność lepkości od temperatury.

Temperatura, °C	Lepkość, cP
75	660
100	260
125	120
150	60

Materiał TONE 0260 (polikaprolakton) otrzymano z firmy Union Carbide i ma on następujący wzór chemiczny:

H{O(CH2)5C(=O)}_m-O-R-O-{C(=O)(CH2)5O)mH

189 337

Tabela 2

Właściwości TONE 0260

Ciężar cząsteczkowy	3000
Temperatura topnienia, °C	50-60
Liczba hydroksylowa, mg KOH/g	37
Liczba kwasowa, mg KOH/g	0,09
Lepkość, 55°C, cP	1500
VOC, %	0,29

Silan A-1100 z firmy OSI Specialties stanowi gamma-aminopropylotrójetoksysilan o wzorze H2NCH2CH2CH₂Si(OEt)₃, ciężar cząsteczkowy 221,4. Silan ten stanowi przezroczystą cieczą, mającą ciężar właściwy 0,046.

Klej N1 ogrzano w wiadrze i pompowano do odpowiedniego aplikatora typu dwurolkowego. Włókna szklane były snute i dopuszczone do kontaktu z aplikatorem, a klej przy temperaturze około 115°C był następnie doprowadzany do szkła. Włókna zebrano przy głównym trzewiku i nawinięto na obręcz tworząc pakiet o krawędziach kwadratu. Następnie pakiet ten pozostawiono do ochłodzenia. Następnie poddano go powlekaniu i cięciu na granulki do ostatecznego użycia przy formowaniu wtryskowym.

Tabela 3

Klej nylonowy NI do długich włókien

Część 1 - Właściwości kleju N1 (parametry bezpieczeństwa NFPA poszczególnych składników).

Składniki kleju	NFPA zdrowie	NFPA palność	NFPA reaktywność
R-5962	2	1	0
TONE 0260	1	1	0
A-1100	3	1	2

Część 2 - Właściwości kleju N1 (c.d.)

Składniki kleju	% aktywnych ciał stałych	% wag. przy odbiorze	kg/100 kg przy odbiorze
R-5962	100	49,5	49,5
TONE 0260	100	49,5	49,5
A-1100	61	1	1

Tolerancje

Podane powyżej ciężary są ciężarami docelowymi. Dla tej formulacji do przyjęcia jest odchyłka +/- 2% od ciężaru docelowego.

Klej powinien być utrzymywany w temperaturze pokojowej podczas składowania. Przy stO^OWAniU lklpij! lirZiąHyPnip do manimilnwimiił nitm powinno uTvVnnanA hnyrr-ywm

----- ------ ----j — ---»_x ,, Μαυ,ν* miii pv’TixłAiv '''J ^w νν<Λ sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym (FRP - fiber glass reinforced plastic), z PCW, ze stali nierdzewnej lub ze szkła. Nie wolno stosować czarnego żelaza lub żela za powlekanego galwanicznie ani większości metali nieżelaznych. Przy mieszaniu kleju przygotowanie powinno przebiegać następująco. W głównym zbiorniku mieszania, beczce lub wiadrze R-5762 należy ogrzać do 100°C. Następnie materiał ten należy zważyć i bezpośrednio dodać do głównego zbiornika mieszania, a potem powinno rozpocząć się mieszanie. Później do głównego zbiornika mieszania należy bezpośrednio dodać TONE 0260 w postaci stałej, utrzymując temperaturę 70°C. Alternatywnym sposobem jest podgrzanie TONE 0260 do

189 337

80°C i wlanie bezpośrednio do głównego zbiornika mieszania. Przy temperaturze 70°C +/5°C silan A-l 100 należy powoli dodawać ciągle mieszając. Mieszanie należy utrzymywać, az do zakończenia tworzenia zawiesiny. Po uzyskaniu gotowej zawiesiny mieszanie jest kompletne. Dla ostatecznego wymieszania należy jeszcze mieszać przez 5-10 minut w celu uzyskania zawiesiny, a następnie zmierzyć lepkość przez pomiar Brookfielda lub pomiar za pomocą stożka i płytki przy 100°C.

Tabela 4 Klejenie nylonu

	Klej N1	Klej porównawczy
Strata prażenia (LOI)	5,0%	0,5%
Gęstość pakietu, g/cm³	1,80	1,85
Naciąg pasma, MPa	2255 (172)	2351 (131)
Strzępienie, mg	10-15	<15
Stabilność pakietu	dobra	doskonała
Wydawanie pakietu	dobre	dobre

Tabela 5

Właściwości mechaniczne

Rodzaj włókna	Wytrzymałość na rozciąganie (iMPa)	Moduł rozciągania (kPa 10y	Udarność Izoda z karbem (J/m)	Zawartość szkła (%)
Krótkie włókno 492A* 10 pm	185,48	19,44	149,5	29,3
Celstran™ 16 pm	162,72	19,16	224,3	27,7
N1 19 pm	163,41	19,16	218,9	29,5
N1 23 pm	155,82	19,79	224,3	30,5

'Otrzymane z Owens-Coming

Właściwości mechaniczne (c.d.)

	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Rozciąganie na mokro (MPa)	Wytrzymałość na zginanie (MPa)	Udarność z karbem (J/m)	Udarność bez karbu (J)
Celstran™ 16 pm	235,81	140,66	383,36	277,7	33,76
N1 19 pm	202,71	111,01	330,27	229,6	19,93

Przykład 2

Przygotowano bezwodną kompozycję klejącą do wytwarzania kompozytów nylonu z włóknem szklanym. Klej o składzie niżej podanym oznaczono jako N2.

Składniki kleju N2	Zawartość składników % wagowe
Tone 0310 (polikaprolakton)	99
A-1100 (aminosilan)	1

189 337

Tone 0310 z firmy Union Carbide stanowi polikaprolakton o wzorze HO((CH₂)₅C=O)3O-R-O(C=O(CH₂)5)₃OH

O(C-O(CH₂)₅)₃OH

Właściwości TONE 0310

Ciężar cząsteczkowy	900
Temperatura topnienia, °C	27-32
Liczba hydroksylowa, mg KOH/g	187

Klej wytworzono jak w przykładzie 1 i wykonano próbki. Wykonano włókno 23 pm i testowano wobec Celstran N66G50 (włókno 16 pm użyte jako kt^ontrol^ie). Właściwości mechaniczne były jak podano poniżej.

Właściwości mechaniczne badanych próbek

	Klej porównawczy, Celstran N66G50, włókno M (16 pm)	Klej N2, włókno T (23 pm)
Rozciąganie, MPa	243,38	209,61
Rozciąganie, 24 h gotowania, MPa	155,14	126,87
Zginanie, MPa	385,36	341,99
Udarność Izoda z karbem, J/m	322,5	342,3
Udarność bez karbu, J	32.95	29,56
% szkła	49,6	51,5

Przykład 3

Przygotowano bezwodną kompozycję klejącą do wytwarzania kompozytów nylonu z włóknem szklanym. Klej o składzie niżej podanym oznaczono jako N3.

Składniki kleju N3	Zawartość składników % wagowe
Tone 0310 (polikaprolakton)	38,5
Tone 0260 (polikaprolakton)	60,0
A-1100 (aminosilan)	1,5

Klej wytworzono jak w przykładzie 1 i przygotowano próbki. Wytworzono włókno o grubości 23 pm i testowano je wobec Celstran N66G50 (15 pm). Właściwości mechaniczne przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6

Właściwości mechaniczne

	włókno D 16 pm, Celstran N66G50	włókno D 23 pm N3
1	2	3
Rozciąganie na sucho (MPa)	253,05	222,71
Moduł rozciągania (kPa· 10⁶)	18,06	17,38
Rozciąganie, 24 h gotowania (MPa)	148,24	128,94

189 337 cd tabeli 6

1	2	3
% zatrzymania	59	58
Wytrzymałość na zginanie (MPa)	393,01	353,02
Moduł zginania (kPa · 10⁶)	14,76	14,96
Udarność Izoda z karbem (J/m)	304,4	277,7
Udarność Izoda bez karbu (J)	39,45	42,71
Zawartość szkła (%)	49,4	49,1
DTIL (def. F)	500	500

Przykład 4

Przygotowano bezwodną kompozycję klejącą do wytwarzania kompozytów polipropylenu z włóknem szklanym. Klej o składzie niżej podanym oznaczono jako P1.

Składniki kleju P1	Zawartość składników % wagowe
Vybar 260 (wosk)	80
Vybar 825 (wosk)	18
A- 1100 (aminosilan)	2

Kompozycję klejącą wykonano przez ogrzanie wosków VYBAR do około 71,11°C w trakcie ich mieszania. Następnie powoli dodano silan i wymieszano dokładnie woski. Klej nakładano na gorąco przy 82,22°C na włókna szklane podczas tworzenia taśmy 453,58 m na 1 kg (taśma T225) o grubości 2.3 pm (wyciągano z łódki pasmo za-^witer^j^c^ce 2000 włókienek) stosując pompę i aplikator rolkowy 1,9050 cm. Klej nakładano w celu osiągnięcia obciążenia klejem około 3,5%.

Tabela 7 Typowe właściwości

	Masa cząsteczkowa	Polidys- persyjność	Gęstość przy 25°C	Lepkość przy 99°C	Temperatura mięknienia	Penetracja przy 25°C	Penetracja przy 44°C
Metody pomiaru	osmometr ciśnienia pary y	M_w/M_n	ASTM D792	ASTM D3236	ASTM D36	ASTM D1321	ASTM D1321
Jednostki	M_n		g/cm3	cP	°C	0,1 mm	0,1 mm
Polimer VY- BAR© 260	2600	11,5	0,90	358	54	12	110
Polimer VY- BAR© 825	1500	3	0,86	795***	-34*	- -	- -

* temperatura krzepnięcia chromatografia żelowa przy .32

Tabela 8

TR nr 54887	Rozciąganie, MPa (sd.)	Rozciąganie mod. Kpa-10⁶	Wydłu- żenie (%)	Rozciąganie, 24 h gotowania MPa (s.d.)	Zatrzymy- wanie (%)	% szkła
1	2	3	4	5	6	7

189 337 cd. tabeli 8

1	2	3	4	5	6	7
Celstran PPG550-02-4* kontrola	104,18 (2,76)	11,24	1,50	75,77(4,14)	73	48,9
Celstran PPG50-02-4 kontrola	101,01 (2,76)	11,17	1,40	77,50 (6,21)	77	49,0
P1**, koniec 1,3,5% LOI	99,84 (7,58)	11,17	1,54	79,57 (6,89)	80	47,9
P1, koniec 2, 3,5% LOI	106,73 (3,45)	12,13	1,65	81,43 (3,45)	76	50,9
P1, koniec 1, 2% LOI	102,05 (2,07)	11,04	1,75	75,22 (4,83)	73	47,5
P1, koniec 2, 2% LOI	107,70 (3,45)	10,96	1,90	81,56(4,14)	76	49,1

* Celstran jest produktem przemysłowym użytym dla kontroli ** Bezwodna formulacja klejąca P1 tną ściernicę włókienek 23 pm, a Celstran* 16 pm

Przykład 5

Przygotowano bezwodną kompozycję klejąca do wytwarzania kompozytów polipropylenu z włóknem szklanym. Klej o składzie niżej podanym, oznaczono jako P2.

Składniki kleju P2	Zawartość składników % wagowe
Vybar 260 (wosk)	80
Vybar 825 (wosk)	19
A-l 100 (aminosilan)	1

Klej wykonano jak w przykładzie 4 i przygotowano próbki. Wykonano włókna o grubości 16, 20 i 23 pm i testowano je wobec włókna porównawczego Celstran (16 pm). Właściwości mechaniczne podano w tablicy poniżej.

Tabela 9

Właściwości mechaniczne

	Włókno D 16 pm, Celstran, formowane przy 215,56°C	Włókno D 23 pm, P2, formowane przy 237,78°C	Włókno D 20 pm, P2, formowane przy 237,78°C	Włókno D 16 pm, P2, formowane przy 237,78°C
Rozciąganie na sucho (MPa)	113,08	99,97	102,74	102,74
Moduł rozciągania (kPa · 10⁶)	7,86	7,10	7,24	6,96
Rozciąganie, 24 h gotowania (MPa)	95,15	73,08	71,02	70,33
% zatrzymania	84	73	69	68
Wytrzymałość na zginanie (MPa)	161,34	141,35	150,31	155,14
Moduł zginania (kPa · 106)	5,58	5,38	5,38	5,31
Udarność Izoda z karbem (J/m)	224,3	277,7	267,0	261,7
Udarność Izoda bez karbu (J)	20,74	18,98	20,47	19,79
Zawartość szkła %	30,5	29,4	28,7	29,9

189 337

FIG. 2

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polimery, znamienna tym, że zawiera

a) jedną lub więcej substancji błonotwórczych, które są mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja błonotwórcza ma temperaturę topnienia w zakresie 30-60°C i lepkość 75-400 cP; oraz

b) 0,1-5% wagowych jednego lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów;

przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedy jest stosowany wobec szklanych włókien wzmacniających.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że czynnik sprzęgający jest wybrany z grupy obejmującej 3-glicydoksypropylotrójmetoksysilan, 3-metakryloksypropylotrójmetoksysilan oraz 3-aminopropylotrójetoksysilan.
3. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, ze substancje błonotwórcze są wybrane z grupy obejmującej poliamid, polipropylen, polibutyl, tereftalan, poliamid posiadający łańcuch węglowy zawierający 6 atomów węgla, poliamid posiadający powtarzalny zespół zawierający dwa łańcuchy węglowe, przy czym każdy łańcuch zawiera 6 atomów węgla, chemicznie sprzężony polipropylen, poliwęglan, polisiarczek fenylenu, termoplastyczny poliuretan, acetal i HDPE.
4. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że substancje błonotwórcze są wybrane z grupy obejmującej woski o dużej masie cząsteczkowej, woski o mniejszej masie cząsteczkowej, alkidy poliestrowe o mniejszej masie cząsteczkowej, polikaprolaktony oraz maleinowane polipropyleny o małej masie cząsteczkowej.
5. Bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające poliamid, znamienna tym, że zawiera

a) jedną lub więcej substancji błonotwórczych, które są mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja błonotwórcza ma temperaturę topnienia w zakresie 30-60°C i lepkość 75-400 cP; oraz

b) jeden lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów; przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedyjest stosowany wobec szklanych włókien do wzmacniania poliamidu.
6. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że substancje błonotwórcze są wybrane z grupy obejmującej poliuretany o małej masie cząsteczkowej, polikaprolaktony, poliestry oraz nienasycone poliestry.
7. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, ze substancje błonotwórcze sąpolikaprolaktonami, a czynnikiem sprzęgającym jest aminosilan.
8. Bezwodna kompozycja klejąca do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polipropylen, znamienna tym, że zawiera

a) jedną lub więcej substancji błonotwórczych, które są mieszalne ze wzmacnianym polimerem, przy czym substancja błonotwórcza ma temperaturę topnienia w zakresie 30-60°C

A A^J-ZAWOW I EO\J Vi UiUZj

b) jeden lub więcej czynników sprzęgających wybranych z grupy złożonej z silanów; przy czym klej ma stratę prażenia 2-10%, kiedy jest stosowany wobec szklanych włókien do wzmacniania polipropylenu.
9. Kompozycja według zastrz. 8, znamienna tym, że substancja błonotwórcza jest wybrana z grupy obejmującej amorficzne woski, mikrokrystaliczne woski, maleinowane polipropyleny o małej masie cząsteczkowej oraz żywice węglowodorowe.
10. Kompozycja według zastrz. 8, znamienna tym, że substancje błonotwórcze są bezpostaciowymi woskami, a czynnik sprzęgający jest aminosilanem.

189 337
11. Zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej, określonej w zastrz. 1, do wytwarzania włókien szklanych.
12. Zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej, określonej w zastrz. 7, do wytwarzania włókien szklanych.
13. Zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej, określonej w zastrz. 10, do wytwarzania włókien szklanych.
14. Zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej, określonej w zastrz. 1, do wytwarzania wzmocnionych polimerów, w których włókna szklane są powleczone polimerem wybranym z grupy obejmującej poliamid, polipropylen, poliwęglan oraz politereftalan butylu.
15. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym, że

a) wytwarza się pasma włókien szklanych,

b) powleka się pasma włókien bezwodną kompozycją klejącą, jak określono w zastrz. 1, oraz

c) nakłada się powłokę z żywic polimerowych na włókno szklane, posiadające przynajmniej część swej powierzchni pokrytą wysuszoną pozostałością kompozycji klejącej.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że etap powlekania pasm włókien szklanych bezwodną kompozycją klejącą prowadzi się w wysokiej temperaturze.
17. Bezwodna kompozycja klejącą do nakładania na włókna szklane, wzmacniające polimery, znamienna tym, że zawiera

a) jeden lub więcej polikaprolaktonów, jako substancję błonotwórczą; oraz

b) aminosilanowy czynnik sprzęgający.
18. Zastosowanie bezwodnej kompozycji klejącej, określonej w zastrz. 17, do wytwarzania włókien szklanych, posiadających przynajmniej część swej powierzchni powleczoną wysuszoną pozostałością kompozycji klejącej.