SE427666B - Forfarande for framstellning av en fiberforsterkt plast - Google Patents

Description

7906915-5 2 förklaringen har man iakttagit, att smörjmedlet adsorberas av fibern och förbättrar fiberns mottaglighet för polymeren och därigenom förkortar den tid, som krävs för att blanda fibern och polymeren för att åstadkomma fibersärskilj- ning och dispersion. Det är i den nämnda bemärkelsen att adsorberas av fibern och att understödja skjuvkrafterna vid särskiljning av fibrerna som smörjning av fibern här skall förstås. Det får inte hopblandas med inre mjukgöring av cellulosan, eller av polymeren. Även om båda mjukgöringseffekterna kan utövas i en viss grad, är de oväsentliga för de erhållna resultaten och kan ha i högsta grad oönskade effekter. När man avänder fast polymer, kan exempelvis mjukgöring av den till en lågviskositetsprodukt minska skjuvkrafterna till en oeffektiv nivå, beroende på den använda blandningsutrustningen.

Eftersom masticering av formbar polymer och cellulosafiber tenderar att bryta fibern, så att blandningstiderna i allmänhet varit omvänt proportionella mot hållfastheten hos den slutliga fiberförstärkta polymergrundmassan, är minskningen av blandningstid tack vare närvaron av smörjmedlet viktig både för att bevara fiberns längd och för produktionsekonomin. Närvaron av Smörjmedel i det behandlade fiberkoncentratet gynnar även dispersionen av fibern efter utspädning med mer formbar polymer. Emellertid förloras verkan till stor del, om smörjmedlet kombineras direkt med fiber och polymer i sådana proportioner, att polymeren är den större komponenten relativt fibern. Å andra sidan åstadkommer kombineringen av fibern med blott mindre andel formbar polymer tillsammans med Smörjmedel avsevärda förbättringar. Det antas, att närvaron av en mindre proportion av formbar polymer öppnar fiberknippena och kan minska fiberbrist- ningen, jämfört med masticering av fibern och smörjmedel ensamma. Egen- skaperna hos kompositer, framställda av fiber, som behandlats med kombina- tionen, är förbättrade i jämförelse med kompositer, framställda av fiber, som behandlats med endast Smörjmedel. Sålunda utövar Smörjmedel och mindre mängd formbar polymer inbördes välgörande effekter. Den fiber, som behandlats med kombinationen av smörjmedel och mindre mängd formbar polymer, är en förbättrad behandlad fiberprodukt, som dispergerar väl i en grundmassa, som är kompatibel med polymeren utan oacceptabel fiberbristning under svåra förhållan- den med korta blandningscykler. Vikten av fibern överstiger vikten av varje annan enskild komponent i koncentratet, och lämpligen överstiger vikten av fibern den totala vikten av alla andra komponenter i den behandlade fibern eller koncentratet, så att fibern är huvudkomponenten.

Mängden polymer är tillräcklig för att särskilja de enskilda fíbertrådarna, öka medeltätheten på de särskiljda fibertrâdarna och förhindra deras agglomere- ring. Den mängd, som medför de nämnda funktionerna, synes vara en mängd som, i kombination med smörjmedlet, belägger fibern, men större mängder, 7900915-5 3 åtminstone upp till ca 50 viktdelar polymer per 100 viktdelar fiber, kan användas.

Den optimala mängden av erfordrad polymer varierar något beroende på typen och mängden av smörjmedlet. I allmänhet behöver inte mer än 50 viktdelar polymer per 100 viktdelar fiber användas, och ibland är så litet som 2-3 viktdelar tillräckligt. Lämpligen är mängden av polymer cirka 2,5-30 viktdelar per 100 viktdelar fiber.

Mängden Smörjmedel skall vara tillräcklig för att minska friktion mellan fibern och öka mottagligheten för polymeren. Blandningstiden för att åtskilja fibern utgör ett mått på fiberns mottaglighet för polymeren. För att framställa ett koncentrat med minimal fiberbristning och ett, som blandas snabbt med mer polymer, åter med minimal fiberbristning, kan mängden smörjmedel vara lika med eller större än polymerens vikt, och den kan vara två eller flera gånger polymerens vikt. När mindre smörjmedel än polymer används blir blandnings- tiderna ibland längre. Allmänt sett är mängden Smörjmedel cirka 5-60 viktdelar per 100 viktdelar fiber, med 10-50 viktdelar Smörjmedel föredraget och med cirka 10-40 viktdelar Smörjmedel per 100 viktdelar fiber som mera föredraget.

Som kommer att förklaras nedan är blandningstiden en funktion, inte blott av mängden polymer och Smörjmedel, utan även av deras förhållande och den totala mängden polymer plus Smörjmedel.

I allmänhet utförs behandlingen av fibern med Smörjmedel och plastpoly- mer genom att man helt enkelt blandar ingredienserna i en blandare. Lämplig- heten av en blandare beror åtminstone delvis på formen av polymeren, t.ex. huruvida den är en normalt hård polymer, som kräver en mjukgörare för bearbetning vid praktiska temperaturer, latex, massaelastomer eller flytande gummi. Apparatur av typen blandare för pastor och plastiska material är lämplig. Dessa blandare sägs utföra en kombination av läghastighets-skjuvníng, smetning, strykning, vikning, sträckning och kompression. Även om fibern, polymeren och smörjmedlet kan satsas på samma gång, är det lämpligt att först satsa blott fiber och Smörjmedel, blanda under en kort tid för att fukta fibern med Smörjmedel och delvis reda ut den, sedan tillsätta polymeren och fullborda blandandet. Det är även lämpligt att först satsa blott smörjmedel och plast- polymer, t.ex. genom att använda oljeutdrygat gummi. Fibern kan matas i partikel- eller i arkform. I båda fallen kan fibern, om så önskas, förbehandlas med smörjmedel, t.ex. genom att man sprider smörjmedel över ytan av arken av fiber, tillåter det att adsorberas, och sedan matar smörjmedelsbehandlad fiber till blandaren. Om formen på polymeren är lämplig, är det fördelaktigt att använda skjuvkrafterna från masticeringen av polymeren för att underlätta särskiljandet av fibern, för vilket ändamål en internblandare är särskilt väl lämpad. En internblandare är en sådan, som har blandningskammaren sluten och 79oo915-s _zo 4 vanligen har blandningsblad, som rör sig med olika hastighet. Exempel på lämpliga internblandare är Uni-Rotorblandare, Patterson-Kellyblandare med effektökare, Baker-Perkinsblandare, Werner- och Pfleidererblandare och Rotomill. Med några blandare, såsom en Banburyblandare, måste emellertid ytterst stor försiktighet användas vid fibersatsningen, särskilt vid arkform, och vid blandningen för att undvika, att Brabenderblandare, Banburyblandare, blandaren skadas eller brister.

Andra ingredienser, såsom bindemedel, fyllmedel och förstärkninga- pigment, kan tillsättas, men de införlivas vanligen när koncentratet blandas med ytterligare polymer. Emellertid är det ibland fördelaktigt att införliva små mängder av förstärkande pigment, såsom kimrök eller kiseldioxid, i koncentratet, eftersom de i vissa fall tycks underlätta utredandet av fibern. Allmänt sett kommer mängden av förstärkande pigment i koncentratet inte att överstiga mängden Smörjmedel, och ytterligare mängder tillsätts tillsammans med andra kompounderingsmedel för framställning av de slutliga kompositkompositionerna.

Bindemedel är, när det finns i koncentratet, vanligen ett lämpligt matrisadjuvans för bindning av fibrerna till grundmassan eller matrisen, t.ex. resorcinol, resorcinolderivatharts eller annan fenolisk metylenacceptor. En metylendonator kan även finnas eller tillsättas när koncentratet späds. Bindesystem för behandling av grundmassan för att binda textilfiber till gummi och andra plastpolymerer, är användbara för bindning av diskontinuerlig cellulosafiber till en grundmassa, och en eller flera av ingrediensernai ett sådant system kan, om så önskas, införlivas i koncentratet. Dessa system är välkända och kommer inte att beskrivas i detalj. Ett typiskt och föredraget system beskrivs av Morita i US- A-3 6144 268, och det innefattar alkylenresorcinolpolymer, nedan kallad "alkylen- I” resorcinolbindemedel", och hexametylentetramin eller annan formaldehyd- donator.

I allmänhet kommer koncentraten ut från internblandaren som partikel- formade smulor, lämpliga för direkt blandning med ytterligare polymer för att bilda slutkompositioner med den önskade'fiberkoncentrationen. Även om den behandlade fibern är allmänt sett fri från synlig vätska och kan komprimeras till ett ark eller en bal, är den blott löst bunden och bindningen kan lätt upphävas. Även en komprimerad produkt är bräcklig, varvid fibern är bunden blott genom närvarande polymer och förhindrad från fiber-till-fibervidhäftning, så att produkten är dispersiv på så sätt, att den tenderar att dispergera och sönderfalla efter applicering av måttlig kraft. Den oregelbundna partikelform, som vanligen kommer ut från internblandaren, omfattar fjädrande, svampliknande aggregat av fiber, lätt sammanhållen. Utspädningen av koncentratet med ytterligare polymer kan utföras i en internblandare eller på en rullkvarn. Vid framställningen av 7900915-5 kompositioner med hög fiberkoncentration, rekommenderas internblandare, medan vid framställningen av kompositioner med låg fiberkoncentration, en rullkvarn rekommenderas. Varje cellulosa, som har ett rektangelförhållande större än ett, omvandlas lämpligen till ett förbehandlat koncentrat.

Organiska fibrer, som kan brista vid blandning med polymergrundmassan, fördispergeras i allmänhet med fördel, såsom här beskrivits, före införlivandet i grundmassan. De diskontinuerliga oregenererade cellulosafibrerna, av vilka träfiber föredrages, har i allmänhet ett medelsidförhållande i området 5-350.

Mer föredragna områden är 20-350 och 50-200. Exempel på tillfredsställande cellulosafibrer är bomull, sisal, kokosnöt och lin, och särskilt mjuka eller hårda trämassafibrer. Trämassa innehåller normalt jämviktsmängder av vatten vid omgivningsatmosfär, men mängderna av närvarande vatten kan variera mycket.

Det fördispergerade koncentratet kan innefatta blandningar av fibrer med blandningar av olika stor fiber och blandningar av naturliga eller syntetiska oorganiska fibrer och syntetiska organiska fibrer. Fiberkoncentraten enligt uppfinningen är särskilt väl lämpade för framställning av kompositioner beskrivna i US-A-B 697 361; och 3 709 8ll-5, till vilka här hänvisas. Fördelen med att tillverka både den behandlade fibern och slutprodukten i utrustning, som vanligen användes för att blanda plastiska polymerer, och förbättrad effektivitet vid framställning av kompositerna har uppnåtts genom uppfinningen.

Varje organisk polymer, som kan behandlas som ett termoplastiskt ämne, kan användas vid utövandet av uppfinningen. I ovulkat tillstånd klassificeras elastomerer här som termoplastiska ämnen, och de utgör en föredragen underklass av formbara polymerer. Elastomerer kan användas i antingen latex- eller bulkform, men den senare avses i första hand, av de ovan angivna orsakerna.

Exempel på elastomerer, lämpliga för framställningen av koncentrat enligt uppfinningen, är naturligt gummi, styrenbutadiengummi (SER), etenpropengummi (EPR), (EPDM), (NBR), etenvinylacetatsampolymer, kiselgummi, polybutadiengummi, cispolybutadien, etenpropenterpolymer akrylnitrilbutadíengummi transpolybutadien, neopren, polyisopren och butylgummi. En föredragen under- grupp av elastomerer innefattar svavelvulkbara diengummin. Diengummi inne- fattar gummi med både låg och hög omättning, varvid omättningen är antingen i en sidokedja eller i polymerskelettet och antingen konjugerad eller icke konjugerad.

Exempel på andra lämpliga formbara polymerer är låg- eller högdensi- tetspolyeten, akrylatpolymerer, uretanpolymerer, kiorsulfonerad polyeten, poly- vinylklorid, polypropen, halogenerad polyeten, polystyren, polyvinyiacetat, akryl- nitril-butadien-styren-terpolymerer (ABS), polyamider och polyestrar. Klorsul- fonerad polyeten och halogenerad polyeten betraktas som elastomerer i vulkat 7900915-5 6 tillstånd, men användningen vid förfarandet enligt uppfinningen innebär det ovulkaniserade tillståndet. Polymeren i kompositionen kan vara samma eller annan än elastomeren i koncentratet - det är blott nödvändigt att de två polymererna är kompatibla.

Uttrycket "Smörjmedel" används här i funktionell bemärkelse för att beteckna material, som adsorberas av fiberytan och förbättrar fiberns mottaglig- het för polymeren, förmodligen åtminstone delvis genom att minska friktionen hos fibrerna vid glidning över varandra. Ett Smörjmedel för fibern är, i de flesta fall, ett oljigt eller flottigt ämne och innefattar organiska material, vanligen betecknade som mjukgörare, mjukningsmedel, utdrygningsoljor och vaxer för behandling av formbara polymerer, mera speciellt gummibehandlingsoljor, t.ex. mineral- eller petroleumoljor antingen paraffiniska, aromatiska eller nafteniska; vegetabiliska oljor, t.ex. bomulssfröolja, ricinolja och majsolja; fettsyror, t.ex. stearinsyra och oljesyra; kristallina eller icke kristallina vaxer; fenolhartser med låg molekylvikt; olefiniska polymerer med låg molekylvikt (5 000 eller mindre), koltjärafraktíoner; kumaronindenhartser; polyoler såsom polyetylenglykol och mono-, di- och polyestrar av organiska syror. Estrar av organiska syror innefattar en stor grupp av kommersiella mjukgörare, såsom dioktylftalat, vilka fungerar utmärkt väl som Smörjmedel.

Exempel på tillfredsställande Smörjmedel inbegriper de material, som beskrivits som fysikaliska mjukgörare på sid. 157-166, Morten, Introduction to Rubber Technology, Rheinhold Publishing Corp., New York, och de material, som är beskrivna såsom mjukgörare på sid. 766-773, Kirk-Othmer, V-10, Encyclopedia of Chemical Technology, Interscience Encyclopedia, Inc., New York. Se även US-A-Z 180 906. Att smörja textilfibrer är en väl utvecklad teknik, och smörj- ingredienserna för textil utgör ett brett urval, från vilket man kan välja ett Smörjmedel för uppfinningens ändamål. Eftersom bibehållandet av friktions- koefficienten för fiber-till-fiber så låg som möjligt är mest önskvärt vid spinning och dragning av textilfiber, är smörjförmågan ett viktigt kännetecken på en fiberappretur. I allmänhet kan Smörjmedel för att appretera textilfiber användas vid utövandet av uppfinningen. Exempel härpå är vita mineraloljor, petroleum- sulfonater, triglycerider, etoxilerade och sulfonerade derivat av triglycerider, trietanolamin, tridecylalkohol reagerad med 13 moler etylensyra, butylstearat, alkylfenol kondenserad med 9 moler av etenoxid, sorbitanmonolaurat, etoxilerad ricinolja med 15-25 moler etenoxid kombinerad per mol ricinolja, hydrerad vegetabilisk olja, sulfonerad jordnötsolja, oktylstearat och polyetylenglykololeyl- eter. De vätskor och vaxer, som beskrivits som smörjmedel vid spinnappretering för garn, som skall bindas till gummi, beskrivna i US-A-B 630 359, är lämpliga smörjmedel. 7900915-5 7 Naturligtvis kan en blandning av två eller flera Smörjmedel användas, i vilket fall naturligtvis summan av deras vikter utgör mängden Smörjmedel. Om exempelvis ett koncentrat framställs genom att man per 100 Viktdelar fiber använder l0 Viktdelar aromatisk behandlingsolja, 9 Viktdelar stearinsyra och 3 viktdelar paraffinvax, är mängden av smörjmedlet 22 Viktdelar per 100 viktdelar fiber. Det inses, att smörjmedlets kompatibilitet med den plastiska polymeren i koncentratet och med den formbara polymeren i den slutliga grundmassan skall beaktas vid valet av lämpligt Smörjmedel. Smörjmedlens och de olika poly- merernas kompatibilitet är välkänd och ligger inom fackmannens kunnande.

Dessutom har vissa lågmolekylära textilsmörjmedei, särskilt glycerol, etylen- glykol och propylenglykol, visat sig ogynnsamt påverka kompositens draghällfast- het. En molekylvikt över 95 är önskvärd. Det finns även bevis för att låg vattenlöslighet är fördelaktig för att man skall få optimala egenskapergi en komposit förstärkt med bunden fiber. En särskilt värdefull klass av Smörjmedel är även behandlingshjälpmedel för polymerer, som har en molekylvikt av 125 eller däröver. Av den nämnda värdefulla klassen tycks man få optimala egenskaper i fiberförstärkta bundna kompositioner med smörjmedel med molekylvikter av 150 eller mer, som har begränsad löslighet i vatten. En mjukgöring eller plastificering (inre Smörjning) av den formbara polymeren genom de föredragna smörjmedlen bidrar otvivelaktigt till effektiviteten av det beskrivna förfarandet, men det är inte möjligt att exakt definiera hur de individuella effekterna bidrar till att förbättra fiberns mottaglighet för behandling med polymeren och alstra en behandlad fiber utan överdriven bristning.

Här nedan följer en beskrivning av en föredragen utföringsform av uppfinningen, nämligen fördispergerade fiberkompositioner, som innefattar både formbar poiymer och smörjmedel, lövvedsfiber, som behandlas med smörjmedel och en blandning av naturligt och syntetiskt gummi i en internblandare.

Blandningen av gummi är en sats betecknad "H-l Masterbatch".

H-1 Masterbatch Viktdelar Naturgummi 50,0 Styrenbutadiengummi 50,0 HAF kímrök 50,0 Fälld kiseldioxid (Hi-Sil) 5,0 Zinkoxid 3,0 p-fenylendiamin-antidegraderingsmedel 2,0 Stearinsyra l,9____ Totalt 161,0 7900915-5 8 Fiberkoncentrat innehållande cirka 10 viktdelar gummi och 20 viktdelar Smörjmedel per 100 viktdelar fiber framställs genom att man blandar 100 delar lövvedstorrupptagningsmassa, 16,1 delar l-l-l Masterbatch och 20 delar smörj- medel i en internblandare, t.ex. i en Baker-Perkinsblandare under 5-10 min. eller en "B"-Banburyblandare (cirka 1573 cm3 kapacitet) under cirka 5 min. Smörj- medlen är identifierade i tabellen nedan. Vid dessa utföringsformer, och alla utföringsformer i det följande, är alla delar viktdelar och koncentratformlerna baserade på 100 viktdelar fiber, om inte annat anges.

Exempel 1-11 Tabell I F iberkoncentrat Exempel Smörjmedel Majsolja (Mazola) Vegetabilisk olja (Wesson) I Olivolja Bomullsfröolja Trätjärolja Ricinolja Aromatisk behandlingsolja Palmolja GOONQUI-PU-IN» Jordnötsol ja »- O Hartsolja 11 Rovolja Vartdera av de elva fiberkoncentraten används för att framställa fiberförstärkt polymer genom att blanda 102 delar av koncentratet, 149 delar av H-1 Masterbatch, 5 delar metylenacceptor, 5 delar aromatisk behandlingsolja, 1 del metylendonator, 2 delar svavel och 1 del N-tert.buty1-2-bensotiazolsulfen- amid i en "B"-Banburyb1andare under sex minuter vid låg hastighet (77 rpm).

Prover av varje komposit, efter utbredning på en kvarn och härdning under 30 min. i en press vid l52,8°C, ger i riktningen för huvudfiberorienteringen (00 orientering) en draghållfasthet av 140 kg/cmz eller större och en elasticitets- modul av 2 109 kg/cmz eller mer. Utmärkt och snabb fiberdispersion av fiber- koncentratet iakttas i alla fallen. Koncentrat 7-11 ger kompositioner med draghâllfastheter av cirka 175-210 kg/cmz och elasticitetsmoduler överstigande 2 110 kg/cmz. Dessutom tillför koncentraten 8-11 behagliga dofter till produk- terna.

Exempel 12 Som en annan belysande utföringsform satsas i en internblandare 800 delar EPDM-gummi med plasticiteten ML (1-4) vid I21,1°C av Cirka 70 [ML 7900915-5 9 (l+4) anger plasticiteten bestämd med Mooneyviskometer med användning av den stora rotorn löpande under 4 min. efter en uppvärmningsperiod av l min.], 6 000 delar lövvedstorrupptagningsmassa, 800 delar FEF kimrök och l 600 delar paraffinisk behandlingsolja. ingredienserna blandas under cirka 5 min. och tas ut för att ge 9 200 delar koncentrat, som per 100 delar fiber innehåller 13,3 delar vardera av gummi och kimrök och 26,6 delar Smörjmedel.

För att belysa användningen av koncentratet satsasi en "l-A" Banbury- blandare (ca 16.026 cm3 kapacitet) 800 delar EPDM-gummi med en plasticitet ML (1+l4) vid l2l,l°C på ca 70, 1.000 delar EPDM-gummi med en plasticitet ML (l+ll-) vid l21,1°C på ca 60, 2.200 delar FEF kimrök, 2.300 delar koncentrat enligt Exempel 1.2, 1.600 delar paraffinbehandlingsolja, 100 delar zinkoxid, 20 delar stearinsyra, 100 delar alkylenresorcinolbindemedel, 40 delar metylendonator (hexametoximetylmelamin), och 140 delar härdare. ingredienserna blandas vid 35 r/m under 6 min. (minimitid för att dispergera den behandlade fibern, bestämt genom visuell inspektion), och man utvinner ett kompositmaterial innehållande 75 delar fiber per 100 delar gummi.

En total blandningstid beräknas genom att man tar i beaktande både tiden för att framställa fördispergerad fiber och tiden för att framställa kompositmaterialet från den fördispergerade fibern. Eftersom tiden för att framställa en produktenhet bestämmer produktionseffektiviteten och blott en del av koncentratet används för att framställa det slutliga kompositmaterialet, används tiden för att framställa nämnda del för att beräkna en total blandningstid genom att multiplicera andelen använd koncentratsats med 5 min. blandningstid för att bilda den totala koncentratsatsen och addera den så beräknade tiden till de 6 min., som erfordras för inblandning av koncentrat- fraktionen. Delar av kompositmaterialet får passera genom en rullkvarn med jämn hastighet för att orientera fibern och överföra kompositmaterialet till arkform. De orienterade arken vulkas i en press under tider, som enligt reometriska data ger maximal härdning. Blandningstiden och de fysiska egen- skaperna hos det vulkade kompositmaterialet bestämda i riktningen för huvud- fibern (00 orientering), visas i Tabell II.

Tabell II Blandnings- Brottdraghåll-z Elasticitets- tid, min. fasthet kg/cm 96 brottöjning modul kg/cm 7,25 151 12 1.879 Dessa data visar att ett fiberförstärkt kompositmaterial med önskvärda fysiska egenskaper âstadkommes med kort blandningscykel från fiber, som är förbehandlad med både polymer och Smörjmedel.

Studium av den verkan, som mängden Smörjmedel och proportionerna av '7900915-5 _10 _15 fiber, elastomer (SBR eller EPDM) och smörjmedel har på blandningstider för att göra koncentratet, visar att med 10 eller 20 delar elastomer och 10 delar kimrök, tilltagande mängder smörjmedel upp till 30-40 delar minskar blandningstiden för tillverkning av behandlad fiber. Med 40 delar smörjmedel och 5-20 delar kimrök kan avtagande mängder elastomer, åtminstone ned till 5 delar, minska blandningstiden. Pâ liknande sätt iakttages minskande blandningstid för fram- ställning av koncentrat från lika delar av Smörjmedel och elastomer efter ökning av' Smörjmedel från l0 till 40 delar, dvs. ökning av den totala mängden av Smörjmedel och elastomer från 20 till 80 delar. Om den totala mängden Smörjmedel och elastomer hålls konstant vid 50 delar, iakttas en minskande blandningstid med ökande förhållanden mellan smörjmedel och elastomer över området 5/45 till 40/10. Å andra sidan kan man minska den blandningstid, som krävs för att framställa koncentratet från 10 delar vardera av Smörjmedel och elastomer, med så. mycket som hälften genom att öka mängden elastomer till 40 delar. Om det sålunda önskas att hälla proportionen av Smörjmedel låg, t.ex. 10 delar per 100 delar fiber, är det sålunda föredraget att den totala mängden smörjmedel och polymer utgör cirka 50-80 delar per 100 delar fiber. I allmänhet gäller, att ju kortare blandningstiden är, desto bättre är de fysikaliska egenskaperna hos kompositen, men den ogynnsamma verkan av mer än optimala blandningstider för tillverkning av koncentrat på kompositens modul är mindre allvarlig, om mängden Smörjmedel är lika med eller större än mängden plastisk polymer. Exempelvis krävs 16 min. för att framställa ett koncentrat från 50 delar totalt Smörjmedel plus elastomer, i vilket totalbelopp Smörjmedel är den mindre ingrediensen, och detta kan vara lika ogynnsamt som dubbla blandnings- tiden för framställning av koncentrat från lO delar vardera av smörjmedel och elastomer.

Exempel 13 Vid ännu en annan utföringsform med användning av naturgummi och ett annat Smörjmedel, beskickas en internblandare med 1000 delar naturgummi, 1000 delar SPF kimrök, 1500 delar smörjmedel och 5 000 delar lövvedstorr- upptagningsmassa. ingredienserna blandas under cirka 5 min. och tas ut för att ge 8 500 delar koncentrat.

Som belysande exempel på användning av koncentratet, beskickas en "O-O"-Banburyblandare (ca 4.310 cm3 kapacitet) med 900 delar peptiserat naturgummi, 850 delar koncentrat enligt Exempel 13, 300 delar SPF-kimrök, 50 delar fälld kiseldioxid, 50 delar zinkoxid, 20 delar stearinsyra, 20 delar p- fenylendiamin-antidegraderingsmedel, 50 delar alkylenresorcinol-bindemedel, 20 delar hexametoximetylamin, 20 delar svavel och 10 delar sulfenamidaccelerator. ingredienserna blandas vid 50 r/m under 6 min. Man observerar snabb dispersion 7900915-5 ll och utvinner ett kompositmaterial innehållande 50 delar fiber per 100 delar gummi. Kompositmaterialet orienteras på en rullkvarn med jämn hastighet och vulkas i en press för att åstadkomma optimal blandning. De fysikaliska egenskaperna visas i Tabell III.

Tabell III Brottdraghâll- Elasticitets- Smörjmedel fasthet, kg/cm 96 brottöjning modul, kg/cm Di-undecylftalat 224 9 3.480 Tre koncentrat framställs för att belysa effekten av de kombinerade och separata fiberbehandiingshjälpmedlen genom blandning av de ingredienser, som visas i Tabell IV, i en "B"-Banburyblandare vid 155 r/m under 5 min. (ca 2 min. för att beskicka ingredienserna och sedan 3 min.). Dessutom visas satsstorleks- faktorn, som är det tal, med vilket viktdelarna måste multipliceras för att ge de satsade mängderna.

Tabell IV Koncentratexempel låt _12 1_6 Ingredienser Viktdelar Lövvedstorrupptagningsmassa 100 100 100 Styren-butadiensampolymergummi 10 10 - Smörjmedel (aromatisk behandlingsolja) 20 - 20 Satsstorleksfaktor 6,5 8,0 7,0 Kompositmaterial framställs genom att man späder de koncentrat, som visas i Tabell IV, i en "B"-Banburyblandare vid 77 r/m under de tider, som anges i Tabell V. I alla fallen innefattar satsen 150 delar naturgummi, 150 delar HAF- kimrök, 22,5 delar kiseldioxid, 9 delar zinkoxid, 3 delar stearinsyra, 6 delar N- substituerad p-fenylendiamin-antidegraderingsmedel, 15 delar alkylenresorcinol- bindemedel, 3 delar hexametylentetramin, 6 delar svavel och 3 delar sulfenamid- accelerator tillsammans med de variabla ingredienserna enligt tabellen. Tiderna är minimitiderna för att dispergera fibern, bestämt genom inspektion. Sålunda visar inspektion av Satserna B och C efter 6 min. blandning, som är tillräcklig för att dispergera fiber i Sats A, att fibern inte är tillräckligt dispergerad.

Totalmängden av varje sats är 802,5 viktdelar. 79oo91s4s 40 12 Tabell V Sats A Sats B s Sats C i Variabla ingredienser Viktdelar Styren-butadiensampolymergummi 127,5 127,5 150 Aromafisk behandiingsoija 15 so 15 Koncentrat 11+ 292,5 - - " 15 - 247,5 s- " 16 _ - f 270 Blandningstid, min. 6 10 10 Dispersion God Måttlig Måttlig _ Dessa data visar att ett kompositmaterial framställs på kortare tid genom användning av ett koncentrat av fiber, som behandlats med både formbar polymer och Smörjmedel, i jämförelse med fiber, som behandlats med antingen polymer eller Smörjmedel enbart. Dessutom har det genom dragpåkänningsdata för vulkanisaten vid 0° orientering observerats att elasticitetsmodulen för Sats A är märkbart högre än den för både Sats B och _Sats C. När man vill minska fukthalten till ett minimum, kan hårdare utelämnas och den behandlade fibern blandas med grundmassekompositionen vid hög Banburyblandningshastighet. De alstrade höga temperaturerna driver effektivt ut fukten. Satsen dumpas och blandas efter avkylning med härdare och vídarebearbetas enligt önskemål.

Exempel 17-20 I det följande visas utföringsformer av uppfinningen, i vilka koncentratet framställs genom användning av gummilatex i stället för massagummi.

Till en "B"-Banburyblandare beskickas de ingredienser, som visas i Tabell VI och blandas vid 155 rpm under 5 min. (cirka 2 min. för att tillsätta ingredienserna och 3 min. efter nedramning). Latexen är en vattenhaltig emulsion av en styren-butadien-vinylpyridin-terpolymer, innehållande 42% fastämnen (delar elastomer anges inom parentes).

Tabell VI Koncentratexempel E lå 1_9. 29 Ing redienser Viktdelar Lövvedstorrupptagningsmassa 100 100 100 100 Gummilatex 25 12,5 25 12,5 - (10,5) (5,25) (l0,5) (5,25) Smörjmedel 20 20 20 " 20 (Aromatisk behandlingsolja) _ SPF kimrök io io - _ Fälld kiseldioxid - - 10 10 Satsstorleksfaktor 6 6 , 6 6 13 7900915-5 Varje koncentrat torkas vid IOOOC under 8 h före utspädning med ytterligare polymer. Kompositmaterial framställs genom att man under 6 min. blandar de i Tabell VII visade ingredienserna i en "B"-Banburyblandare vid 77 r/m och vulkar genom upphettning i en press under den tid, som ger optimal härdning, och de fysikaliska egenskaperna mäts i Oo-riktningen. Fälld kiseldioxid synes underlätta verkan av smörjmedlet i vissa system.

Ingredienser H-l Masterbatch Koncentrat 17 Il II H zo Aromatisk behandlingsolja Alkylenresorcinolbindemedel Hexametylentetramin Svavel Sulfenamidaccelerator Totalt Dragpåkänning ßrouhälifasfhef kg/cmz drag % brottöjning Elasticitetsmodul kg/cmz Tabell Vll Sats D Sats E Sats F Sats G Viktdelar 483 483 483 483 315 - - - - 304 - - - - 315 - - - - 304 l5 15 l5 15 15 15 15 3 6 6 3 3 840 829 840 829 241 232 263 267 9 9 9 9 4253 4534 4429 4851 Typiska koncentrat innehållande bindemedel visas i Tabell Vill. I allmänhet framställs koncentrat innehållande bindemedel pâ samma sätt som beskrivits ovan, men med vissa bindemedel skall speciella åtgärder vidtas för att säkerställa tillräcklig dispersion i koncentratet. Ibland är helt enkelt slipning för att minska partikelstorleken tillräcklig, eller också kan bindemedlet upplösas i det använda smörjmedlet för att tillverka koncentratet. Alternativt kan en förrådsblandning av gummi och bindemedel framställas och förrädsblandningen användas för att framställa koncentratet. 7900915-5 350 14 Tabell VIII Koncentratexempel ä 2_2.

Ingredienser I Viktdelar Oregenererad cellulosafiber 100 7 100 Smörjmedel 15-25 25-50 Fälld kiseldioxid 0-10 - Styrenbutadiengummi 5-20 - EPDM-gumm: ' - s~1s FEF-kimrök 0-10 2-10 Bindemedel 0,25-10 0,25-10 Behandlad fiber enligt Exempel 21 är en fiber lämplig för allmänna ändamål för införlivande i någon elastomer med hög omättning. Behandlad fiber enligt Exempel 22 är särskilt lämpad för elastomerer med låg omättning, och den är fördelaktig när relativt höga nivåer av Smörjmedel är acceptabla i den förstärkta kompositen. Trämassa tillverkad enligt sulfatmetoden är en fiber, som ger utmärkta resultat i endera sammansättningen. Andra lämpliga fibrer är bomullslinters. De är korta fibrer, som häftar vid bomullsfrö efter rensning. Där så önskas kan s.k. kemisk bomull insättas i stället. Sådan är renad bomullslinter- massa, som kan erhållas från Hercules Company. En komposition av* 144,9 delar H-l Masterbatch, 106,1 delar kemiskt bomullskoncentrat och 5 delar aromatisk behandlingsolja bildas t.ex. pâ halva den tid, som krävs för att kombinera ingredienserna direkt, och den har överlägsna fysikaliska egenskaper. Kon- centratets sammansättning är kemisk bomull 75 delar, aromatisk behandlingsolja delar, och l-í-l Masterbatch 16,1 delar. Ännu en annan lämplig fiber, om än mindre föredragen, är sprängd träfiber. Denna fiber innehåller fortfarande det mesta ligninet och bildas genom att man utsätter trä för trycket av ånga i en .autoklav och frigör trycket.

Smörjmedlet enligt Exempel 21 väljs lämpligen från aromatiska typer för att säkerställa kompatibilitet med SBR. Flytande novolackhartser, som är viskösa termoplastiska fenolhartser och verkar som Smörjmedel och visar i kombination med hexametylentetramin eller annan bas tillsatt till grundmassan fiberbind- ningsegenskaper. Närvaron av kiseldioxid är önskvärd. För användning med EPDlVl-gummi i Exempel 19 är ett smörjmedel av alifatisk typ önskvärd.

Flytande polybutener utövar flera smörjande egenskaper överlägsna dem hos konventionella petroleumbaserade smörjoljor för Smörjning av metallytor, och de är även effektiva fibersmörjmedel. Molekylvikten på polybutensmörjmedel faller inom området li00-2 400. Klorerade paraffiniska kolväten kombinerar fiber- smörjande egenskaper med flamhämmande egenskaper, vilket är lämpligt för 7900915-5 vissa tillämpningar.

Alkylenresorcinolbindemedel kan, såsom tidigare angivits, ersättas av andra resorcinolbaserade bíndemedelssystem, av vilka flera innefattar resorcinol- formaldehydhartser. Andra dimetyloletylenkarbamid och hexametoximetylmelamin, kan användas till- sammans med dessa för att bilda kompositer från den behandlade fibern. metylendonatorer, såsom dimetylkarbamid, Isocyanatbindemedelssystem innefattar: metylenbisfenylisocyanat CH2(C6H 4NCO)2 metylenbisfenylkarbanilar C112 (c GH uNHc(o)o GH 5 J 2 ZJl-toluendiisocyanat tri(isocyanofenyl)metan CH(C6HL¿NCO)3, och polymetylen-polyfenylisocyanat Isocyanaterna används i allmänhet i området 0,25-2,5 delar och resorci- nolbaserade hartser i området 3-10 delar.

Koncentraten i Tabell IX är framställda från icke-elastomer polymer genom beskickning av en internblandare med lövvedsfiber, hårt polyvinylklorid- harts och smörjmedel, med användning av en ftalatester som smörjmedel, och blandning under 3 min. vid 155 rpm. Ångvärme används för att gynna mjukning av polymeren.

Tabell IX Koncentratexempel _22 Zå 22 Ingredienser Viktdelar Lövvedstorrupptagningsmassa 100 100 100 Sampolymer av vinylklorid och vinylacetat 20 l0 20 Smörjmedel 40 20 20 Titandioxid 20 10 10 I varje fall är fibern väl dispergerad och hindrad från fiber-till-fiber- vidhäftning. Den behandlade flbern blandas lätt med polyvinylkloridpolymerer för att åstadkomma kompositioner lämpade för polyvinylkloridens många använd- ningar. Att tillsätta fibern som koncentrat tillåter bildandet av fiberförstärkta kompositioner av polyvinylklorid vilket annars är svårt eller omöjligt, beroende på tillgänglig blandningsutrustning.

Cellulosafiber behandlad med vinylkloridpolymer eller sampolymerharts " och smörjmedel är särskilt värdefull för tillverkning av plastfiberíörstärkt golvplatta. Polyvinylkloridharts, sammansatt av mer än 5096 polyvinylklorid, används vanligen i golvplattor. Exempel är sampolymerer med vinylacetat eller 7900915-5 16 vinylidenklorid, och en typisk sampolymer är 87% vinylklorid och 13% vinyl- acetat. Asbest, som är det huvudsakliga förstärkningsmedlet i golvplattor, kräver speciell behandling. Ett förfarande som innefattar en deg av asbestfiber, lösningsmedel och polymer och den speciell typ av glättvals, används för att eliminera svårigheten att blanda och väta ut de skrymmande asbestfibrerna med PVC-polymer med hög smältviskositet. Fördispergerad cellulosafiber kan även användas som förstärkning för sådana plattor och cellulosafiberhaltiga plattor, som rapporterats ha bättre dimensionsstabilitet och motstånd' mot intryckning Med den här beskrivna fördispersionen underlättas framställningen av cellulosaförstärkta och mätning än jämförelseplattor, som innehåller asbestfibrer. plattor kraftigt. Dessutom kräver ersättandet av asbest med fördispergerad trämassa lägre fiberhalt för likvärdig förstärkning.

Tillsats av en organisk ketendimerpapperslimmare förbättrar vatten- beständigheten. ketendimerpapperslimmarna *har formeln [RCH=C=O]2 där R är en kolvätegrupp såsom alkyl med 8 eller flera kolatomer, cykloalkyl med 6 eller flera kolatomer, aryl, aralkyl eller alkaryl. Tillsats av 196 De organiska blandad hexadecyl, tetradecylketendimer, baserat på vikten av fibern, till fiberkoncentraten i Exempel 23, 21+ och 25 förbättrar märkbart egenskaperna hos plattor, framställda därav. Graden av limningsmedel är vanligen i omrâdet 0,01% till cirka 5% av vikten av trämassan, företrädesvis 0,596 till 1%, och det kan uppbäras pâ kiseldioxid, såsom beskrivs i US-A-2 865 743.

Sammansättningen av andra belysande koncentrat, framställda genom behandling av fibern med nitrilgummi med ellerutan kimrök eller med neopren och kimrök i en blandare under 5 minuters blandningscykel med användning av ftalatester som smörjmedel med nitrilgummi och aromatisk behandlingsolja som Smörjmedel med neopren anges i Tabell X.

Tabell X Koncentratexempel i i lá 2_7 lå Ingredienser _ Viktdelar Lövvedstorrupptagningsmassa 100 100 100 Smörjmedel 20 20 16,6 Butadienakrylonitril- sampolymer (Hycar 1052) 10 - - Blandning av butadienakrylonitril- sampolymer och polyvinylklorid 70/30 (Hycar 1203) - 10 - FEF-kimrök - 5 16,6 Neopren GRT - - 16,6

Claims (7)

1. 0 15 20 25 30 7900915-5 17 Den behandlade fibern dispergerar lätt i formbara polymerer kompatibla med behandlingshjälpmedlet. Exempelvis dispergerar koncentratet i Exempel 27 lätt i nítrilgummi under en 5 min. blandningscykel. Tillsats av 110 viktdelar koncentrat, 90 viktdelar av samma butadiensampolymer, 30 viktdelar förstär- kande fyllmedel plus härdaringredienser och bindeingredienser ger, efter vulkning i en press under 60 min. vid l52,8°C, ett vulkanisat, som i huvudfiberoriente- ringen har en draghållfasthet av 217 kg/cmz och en elasticitetsmodul av 3 656 kg/cmz. Lika delar av neoprenkoncentratet i Exempel 28 och neopren blandas lätt tillsammans med binde- och vulkningsingredienser för att, efter härdning vid l52,8°C, ge ett vulkanisat, som har en draghållfasthet av 221 kg/cmz i huvudfiberorienteringsriktningen och en elasticitetsmodul av 3 234 kg/cmz. Även om uppfinningen har belysts med typiska exempel, är den inte begränsad därtill. Ändringar och modifikationer av dessa exempel kan göras, utan att man avviker från uppfinningens andemening och omfattning. PATENTKRAV l. F örfarande för att framställa fiberförstärkt plastpolymer, k ä n n e t e c k n a t av (1) att man framställer ett koncentrat genom att för skjuvkrafter utsätta en blandning av kort oregenererad cellulosafiber, formbar polymer i mängder av upp till 50 viktdelar per 100 viktdelar fiber, tillräckligt för att minska fiber-till-fiber-vidhäftningen, och smörjmedel med en molekylvikt större än 95 i en mängd tillräcklig för att förbättra fiberns mottaglighet för polymeren, och (2) att man blandar koncentratet med polymer, som är kompatibel med koncentratet.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att mängden av smörjmedlet i steg (1) är lika med eller större än mängden av polymeren.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att fibern är trämassa och elastomeren är diengummi.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kimrök eller kiseldioxid finns i steg (1) vid fram- ställning av ett koncentrat. '7900915-5 18

5. För-farande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av stegen att man tillsätter binde- och härdníngsingredienserna och att man upphettar till härdníngstemperatur;

6. Förfarande enligt krav 5, 5 k ä n n e t e c k n a t av att kiseldioxid finns i steg (1) vid framställning av ett koncentrat. '

7. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att fibern är bomullslinter.