SE427933B - Fibrerat tillsatsmedel, forfarande for dess framstellning samt anvendning herav i en fiberelastkomposit - Google Patents

Description

7803391- 7 2 i en viskoelast med ett intensivt blandningsorgan, såsom en kallmatad strängsprutmaskin, Banbmry-blandare eller kvarn.

D Även om det kan vara lätt att dispergera de fiber- haltiga eller fibrösa tabletterna i en viskoelast är fiberklumpem i varje tablett inte jämnt eller lätt dis- pergerbar varken i peletten eller från tabletten till elastmassan. Koagulationstorkning härdar partiellt la- texen och bildar hårda fibrerade tabletter, vilka inte lätt kan brytas ner under viskoelastblandning. De hårda tabletterna är lättare att bryta ner i viskoelastomera föreningar med hög viskositet såsom beskrivs i ovannämnda patentskrifter. Orsaken till detta är att förråden med högre viskositeter ger tabletterna mer skjuvning under blandningen än elaster med lägre viskositet, vilka nor- malt användes i slangar, däck eller kraftöverförings- remmar. A , Den reducerade dispergerbarheten hos de inkapslade fiberklumparna i tabletterna hindrar fiberorienteringen under inblandningen i en viskoelastisk elast och påver- kar de fysikaliska egenskaperna hos den härdade fiber- haltiga eller fibrösa elasten (såsom draghâllfasthet och elasticitetsmodul). De fysikaliska egenskaperna blir beroende av huvudsakligen obrutna fibrer och ett empi- riskt samband hos fiberlängd/breddförhållandet. Tablet- terna inhiberar de reologiska egenskaperna genom att hindra flytning av den blandade gummimassan såsom under formning eller strängsprutning. Fiberdispersionens ohomo- genitet i en härdad elast kännetecknas av ett koppärrigt utseende på ytan av den färdiga produkten när den utsät- tes för töjning.

Karakteriseringen av en fibrerad gummimassa genom sådana mått som en hög elasticitetsmodul, en förhöjning av matrismodulen och en hög dragbrottgräns, är inte all- tid kritiska parametrar enligt fackmannen på området vid utformning och tillverkning av sådana gummiartiklar som slangar, däck eller kraftöverföringsremmar. Primärt beror detta på att sådana gummiartiklar tillverkas med 7803391-7 3 användning av elastomera material som inte följer Hooke's lag, där spänningen är proportionell mot töjningen och på vilken elasticitetsmodulen är baserad. Dessutom utfor- mas sådana gummiartiklar till att arbeta vid spänningsni- våer som ligger väsentligt under maximal dragbrottgräns eller vid stor procentuell töjning. Fysikaliska egenskaper . hos fiber/elastkompositmaterialen kan bättre kännetecknas av mer traditionella elastteknologiska termer, såsom sekantmodul (t ex spänning vid en specificerad töjning, företrädesvis 5-10 % för fiberkompositmaterial) eller jäm- förbara former på spänningstöjningskurvor för olika fi- berkompositelaster, i kombination med ett förhållande mellan projicerad yta vid spännings-töjningskurvorna för att indikera arbetskapacitet och utmattningslivslängd.

Emellertid är en jämförande utvärdering av sträckgränsen ett gott hjälpmedel för att utvärdera elast-fiberlim- system.

Följaktligen är uppnàendet av ett förfarande som ger en förbättrad användning av fibrer i elaster ett viktigt framsteg inom tekniken.

I enlighet med uppfinningen àstadkommes ett förfa- rande för framställning av ett huvudsakligen torrt fiber- haltigt eller fibröst tillsatsmedel för förstärkning el- ler utfyllning av viskoelaster, såsom naturliga eller syn- tetiska gummin eller blandningar därav. Tillsatsmedlet dispergeras i elasten för att ge ett härdat fiber-elast- kompositmaterial med förbättrade fysikaliska egenskaper för produkter såsom slangar, däck eller kraftöverföringsremmar.

Det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet framstäl- les genom att blanda en massa av storlekssorterade synte- tiska fibrer, oregenererade cellulosafibrer eller kombina- tioner därav med konditioneringsmedel vilka hjälper till att förstärka, limma och dispergera fibrerna när de blandas med en viskoelast.

En lämplig syntetisk fibermassa kan framställas genom att fibrillera eller klassificera fibrerna med en mekaniskt e verkande anordning till en önskad längd. Mjuka mycket sega 7503391-7 4 fibrer såsom aramid och polyester kan framställas genom att förstyva dem med ett förstyvningsmedel, såsom en torkad och värmehärdad lösning av segmentfenolisocyanat.

Styvare fibrer, såsom polyamid, glasfiber, cellulosa O av mjukt trä eller hårt trä, kan handhas utan förstyv- ningsbehandling.

Vissa fiberkällor, såsom rivet tidningspapper, krä- ver inte någon hög fibrerings- och siktningsgrad eftersom storleksfördelningen för tidningspapper vanligen är till- fredsställande för de flesta fiber-elastkompositmaterial.

Det i sig självt (med lignin) förstyvade tidningspappers- _ materialet kan lätt defibreras genom sammanpressning med knivar. Om så önskas kan emellertid tidningspappersmate- rialet mekaniskt fibreras och fibrilleras med en hammar- kvarn eller liknande mekaniskt verkande anordning.

Konditioneringsmedel tillsättes till det fibrösa materialet i en högintensitetsblandare, såsom en med spinnblad. I fallet med cellulosa kan en polär vätska, såsom vatten eller etylenglykol, tillsättas i små mängder.

Vätskan adsorberas av fibrerna och verkar som en bärare för beläggning av fibrerna med ett vattenlösligt lim ' (om så önskas). Ett skiljemedel, såsom kolsvart eller lera, kan tillsättas till fiberblandningen för att hjälpa till med att separera eller skilja de individuella fib- rerna från varandra. När rivet tidningspapper användes som fibermaterial hjälper kolsvart även till med fibre- ringen och fibrilleringen under blandningen. Olja kan därefter tillsättas till blandningen för att koncentrera det fibrerade tillsatsmedlet till en mindre volym och minska dammet av fritt kolsvart. Oljan hjälper även till att dispergera fibern i en viskoelastisk massa.

Det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet kan där- efter användas med blandade elastpulver eller vulkelaster för att åstadkomma antingen elastomera förblandningar eller färdiga förrådsblandningar. I vardera fallet disper- geras det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet i en viskoelast med mekaniska medel, såsom en kallmatad sträng- ...._.___.._:___..___~_$ 7803391-7 press, Banbury-blandare, kvarn eller liknande. Fibrerna dispergeras huvudsakligen jämnt i elasten och orienteras huvudsakligen i elastens flödesriktning under blandningen.

En fiberelastkomposition, såsom gummi, uppvisar för- bättrade fysikaliska egenskaper, såsom en högre sekant- modul, än som kunde uppnås tidigare med samma fiberbelast- ningsvolym. De förbättrade egenskaperna antas vara ett resultat av förbättrad dispersion och packning av fibrer- na i viskoelasten snarare än att vara direkt beroende av fiberlängd eller förhållandet fiberlängd/bredd. Medan förhållandet fiberlängd/bredd är en inre egenskap hos alla fibrer och eftersom vissa fysikaliska egenskaper alltid är förbundna därmed, antas det att de morfolo- giska egenskaperna hos fibrerna är viktigare för förstärk- ningseffekten på elaster såsom gummi.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett fibröst tillsatsmedel som lätt dispergeras när det blan- das in i en viskoelast.

Andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma förfaranden för framställning av storlekssorterade fib- rer och ett huvudsakligen torrt fibrerat tillsatsmedel.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett fiberförstärkt kompositmaterial med förbättrade fysikaliska och strukturella egenskaper.

En fördel med uppfinningen är att dyra behandlings- steg såsom vätskeuppslamning och elastbeläggning av fibrer (t ex med latexkoagulering eller gummifriktions- beläggning av tyg med en kalender) före införlivandet i en viskoelast elimineras.

Dessa och andra ändamål eller fördelar med upp- finningen kommer att framgå av ritningarna och beskriv- ningen därav, vari: Fig 1 är ett mikrofotogram av ett svepvalmikroskop (SBM) med en förstoring av 100 ggr, vilket visar löv- träfibrer framställda i enlighet med uppfinningen. Fig 2 2.5 7805391-7 6 är ett SEM-mikrofotogram vid 100 ggr och 400 ggr försto- ring, som visar ett fiberhaltigt eller fibröst tillsats- medel enligt uppfinningen, vilket inbegriper fibrerna i fig l. Pig 3 är ett SEM-mikrofotogram med l00 ggr för- storing, som visar en vy tvärs över fiberriktningen av ett elast-fiberkompositmaterial med en 20 % fibervolymå fraktion med det fibrerade tillsatsmedlet i fig 2. Fig 4 är ett SEM-mikrofotogram med l00 ggr förstoring, som visar tidningspappersfibrer framställda i enlighet med i uppfinningen. Pig 5 är ett SEM-mikrofotogram vid 100 ggr och 400 ggr förstoring, som visar ett fibrerat tillsats- medel enligt uppfinningen, vilket inbegriper fibrerna i fig 4. Fig 6 är ett SBM-mikrofotogram med l00 ggr förstoring, som visar en vy tvärs över fiberriktningen av ett elast-fiberkompositmaterial med en 20 % fiber- volymfraktion med det fibrerade tillsatsmedlet i fig 5.

Fig 7 är ett SBM-mikrofotogram vid 100 ggr förstoring, som visar aramidfibrer framställda i enlighet med upp- finningen. Fig 8 är ett SBM-mikrofotogram vid 100 ggr toch 400 ggr förstoring, som visar ett tidigare känt fibrerat tillsatsmedel, sålt under handelsnamnet "Santo- web D", tillverkat av Monsanto Company. Fig 9 är ett SEM-mikrofotogram vid 100 ggr förstoring, som visar en vy tvärs över fiberriktningen av ett e1ast-fiberkom- positmaterial med en 20 % fibervolymfraktion med det tidigare kända fiberhaltiga elelr fibrösa tillsatsmedlet i fig 8. Fig 10 visar spännings-töjningsprofiler för elast-fiberkompositmaterial med fiberriktningen vid % fibervolymfraktion för olika preparerade lövträfib- rer, mjuka träfibrer och tidningspappersfibrer. Pig ll visar spännings-töjningsprofiler för elast-fiberkompo- sitmaterial med fiberriktningen vid 20 % volymfraktioner för flera siktstorleksfördelade mjuka träfibrer. Fig 12 visar spänuings-töjningsprofiler för elast-fiberkompo- sitmaterial med fiberriktningen vid 20 % fibervolym- fraktioner för på olika sätt preparerade aramidfibrer, nylonfibrer och polyesterfibrer. 7803391- 7 7 Flera typer av fibrer kan användas vid utövandet av uppfinningen. Fibrerna klassificeras eller storleks- sorteras för dispersion i en viskoelastomer. Graden av fiberklassificering eller -fibrillering varierar med fibertypen.

Syntetiska eller oregenererade cellulosafibrer kan användas. Syntetiska fibrer är kommersiellt tillgäng- liga som kontinuerliga monofilament eller som sönder- hackade filament. Det föredrages att börja med sönder- hackade filament som är ca 6 mm långa.

Mjuka mycket sega fibrer såsom aramid- och polyester- fibrer prepareras för fibrillering och storlekssortering genom förstyvning. Aramid är det allmänna namnet för fib- rer framställa av kondensationsprodukten mellan isoftal- eller tereftalsyra och m- eller p-fenylendiamin. Ett exempel på sådana fibrer säljs under handelsnamnet Kevlar, tillverkat av duPont. Fibrerna kan behandlas med ett förstyvningsmedel, såsom en 13% lösning av segmenfiænolisocyanat, torkat och värmehärdat vid 260°C.

Andra fibrer, såsom polyamid, glasfibrer, barrträcellulo- sa eller lövträcellulosa, måste inte förstyvas före fibril- leringen. Tidningspappersfibrer är naturligt förstyvade med lignin. Emellertid kan alla fibrer valfritt förför- styvas om så önskas. ' Såsom termen "defibrerade cellulosa" användes här hänför den sig till cellulosa såsom trä, hampa, lin, jute, bomull eller liknande, som har separerats i sina fiberbeståndsdelar, såsom massaark, makulatur, delvis kokat trä eller liknande. Termerna "fibrillera", "fibril- lering" eller liknande hänför sig till ytterligare ned- brytning av fibrer för inbegripande av fibriller eller vidhängande fibriller, såsom genom mekanisk slagning av fibrerna. Uttrycket "fiberhaltig eller fibrös“ hänför sig till innehållande fibrer eller fiberhaltigt material, medan termen'fibrerá'betecknar reducering eller separe- ring till fibrer. 7ßozz91-7 8 Fibrerna sammanpressas mekaniskt med en anordning, såsom en hammarkvarn, till ett acceptabelt storleksom- råde som huvudsakligen är beroende av fiberstyvheten.

Mekanisk sammanpressning av fibrerna får dem att klyvas, brista, rivas sönder eller på annat sätt fibrillera till längder som är mindre än tillförsellängderna. Vanligen kan fibrer med större styvhet vara längre än fibrer med mindre styvhet. Följaktligen kan en acceptabel fiberlängd ändras genom förbehandling av fibern med förstyvnings- medel.

Ett acceptabelt storleksområde för alla fibrer, an- tingen de är förförstyvade eller ej, är en medianlängd av ca 0,03 mm-ca 2,9 mm, eller hellre ca O,l mm-2,3 mm, och företrädesvis ca 0,2 mm-ca 1,7 mm.

Närmare bestämt är ett acceptabelt storleksområde för ej förstyvade fibrer av mjukt trä en medianlängd av ca 0,08 mm-ca 2,9 mm, eller hellre ca 0,2 mm-ca 2,3 mm, och företrädesvis ca 0,6 mm-ca 1,7 mm.

Ett acceptabelt storleksområde för ej förstyvade fibrer av hårt trä är en medianlängd av ca 0,04 mm-ca 1,4 mm, eller hellre ca 0,1 mm-1,1 mm, och företrädesvis ca 0,3 mm-0,9 mm.

Det acceptabla storleksområdet för tidningspappers- fibrer som är naturligt förstyvade med lignin är en me- dianlängd (dvs största totala dimensionen efter fibril- lering) av ca 0,8 mm-ca 2,9 mm, eller hellre ca 0,2 mm- -ca 2,3 mm, och företrädesvis ca 0,6 mm-ca 1,7 mm.

Det acceptabla storleksområdet för syntetiska fib- rer är en medianlängd av ca 0,03 mm-ca 2,5 mm.

Närmare bestämt är det acceptabla storleksområdet för ett deniertal av 1,5 per filament av förförstyvad aramidfiber en medianlängd av ca 0,03 mm-ca 1,6 mm, eller hellre ca 0,06 mm-ca 1,1 mm, och företrädesvis ca 0,17 mm-ca 0,6 mm.

För att ytterligare illustrera effekten av fiber- styvheten på acceptabla längder är ett acceptabelt stor- leksområde för 6 denier per filament förförstyvad poly- 784.133 91- 7 9 esterfiber en medianlängd av ca 0,05 mm-ca 2,5 mm, och hellre ca 0,13 mm-ca l,6 mm, och företrädesvis ca 0,38 mm- -ca 1,25 mm.

Vissa fiberkällor kräver inte någon hög grad av meka- nisk bearbetning för fibrering. Tidningspapper kan rivas sönder eller fibreras grovt med roterande blad som har en hastighet av ca 40-ca 50 m/s. Ett exempel på en anord- ning med ett roterande blad är en högintensitetsblandare, modell SOJSS, tillverkad av Prodex Henschel. Emellertid kräver fibrerat tidningspapper inte någon hög grad av mekanisk bearbetning till huvudsakligen fullständig fi- brering och fibrillering som andra fibrer, eftersom tid- ningspapper är sammansatt av fiarer med ett längdområde som närmar sig det ovan beskrivna. Sönderrivet eller grovt fibrerat tidningspapper kan fibreras och fibrille- ras fullständigt genom behandling i en hammarkvarn med en lämpligt dimensionerad utloppssikt. Eventuellt kan delvis fibrerat tidningspapper fibreras och fibrille- ras tillfredsställande genom att blanda skiljemedel, såsom kolsvart eller lera, med fibern och blandning med en spinnbladsblandare. Det antas att torra skilje- medel dessutom verkar som slipmedel som hjälper till med fiberfibrilleringen.

Fibermassan placeras i en mekaniskt verkande blan- dare, såsom av den ovan beskrivna virvelbladstypen, för huvudsaklig uppluddning och utredning av fibrerna.

Alternativt kan vissa fibrerade material, såsom tid- ningspapper som har undergått fibrillering, direkt sättas till blandaren. Såsom kommer att förklaras se- _ nare resulterar förfibrillering av vissa fibrer i för- bättrade fysikaliska egenskaper när de blandas med vissa viskoelaster; För klisterändamâl kan fibrer av ej regenererad cellulosa behandlas med absorberande vätskor och före- trädesvis polära vätskor, såsom vatten eller etylen- glykol, i en mängd av ca 6-12 viktdelar, beräknat på fibern. vätskan absorberas av cellulosafibrerna. Genom vaozzew-7 lO testning har det bestämts att etylenglykol eller vatten kan tillsättas i en mängd av ca 1-ca 20 viktdelar, be- räknat på fibern. överskott av vätska har ingen gynnsam effekt och kan förorsaka oönskad fiberprillning under blandningen. Sönderrivet eller hackat tidningspapper kan sättas till blandaren och pressas tills det är defibrerat och fluffigt. Tiden för defibrering av arkmaterial till fibrösa beståndsdelar varierar, men det tar vanligen från ca 10 till 15 min.

Pulverformiga eller vätskeformiga lim tillsättes när kemisk bindning mellan fibern och elasten önskas.

Det föredrages att det pulverformiga eller vätskeformiga limmet är lösligt i den absorberande vätskan så att lim- met kan delvis belägga eller delvis absorberas av fib- rerna. I fallet med cellulosafibrer, antingen dessa är av hårt trä, mjukt trä eller tidningspapper, föredrages ett vattenlösligt lim, eftersom det kan lösas och par- tiellt absorberas av fukt i fibrerna. För förförstyvade fibrer (t ex aramid eller polyester) föredrages det att förstyvningsmedlet även är ett kemiskt verkande lim (såsom segmentfenolisocyanat). Tillsättning av lim- met direkt till fibern säkerställer att limmet belägges eller dammas på delar av fibrerna.

Exempel på lämpliga lim som kan blandas med de torra fibrerna är torrt resorcinol/formaldehydharts eller reaktionsprodukten mellan resorcinol och melamin.

I fallet med syntetiska fibrer kan sådana lim som iso- cyanat, epoxi, fenolhartser, eller resotropin användas.

Naturligtvis kan vilket limsystem som helst användas, beroende på den typ av bindning som önskas. Limmet skall väljas för varje särskild elast-och tillsättes i vanligen kända viktdelar, såsom (vanligen ca l-10 delar baserat med alla limsystem skall pH, härdningstid och temperatur övervägas för maximala resultat när fibrerna införlivas T ex åstad- är känt inom tekniken på fibervikten). Såsom i en härdad och testad viskoelastisk massa. kommes en ökning av elasticitetsmodul och dragbrottgräns lO 7803391-7 ll genom åldring av ett härdat kompositmaterial i 72 h vid rumstemperatur eller 21 h i en ugn vid 930C.

Vid denna punkt är fibrerna vanligen separerade från varandra, men de tenderar att häfta vid varandra i en van- ligen uppluddad och outredd fibrös massa. Fibrerna be- handlas företrädesvis för att hålla sig separerade från varandra genom inneslutning av ett partikelformigt skil- jemedel, såsom lera eller företrädesvis huvudsakligen torrt kolsvart. Kolsvart kan tillsättas i en mängd av ca 5-ca 100 viktdelar av fibern för ett vanligen fiber- haltigt eller fibröst tillsatsmedel. Om en helt färdig gummiförrådsblandning skall framställas 200 delar kolsvart, beräknat på fiberns kan upp till ca vikt, användas.

Skiljemedlet blandas med fibermassan i ca l-3 min, vilket dammar fibrerna med partiklar och skiljer därvid fibrerna från varandra. Kolsvart verkar även som ett slipmedel som hjälper till att fibrillera sådana fibrer som tidnings- papper. För lång blandningstid kan förorsaka prillning.

Turordningen för tillsättning av olja till den fibrösa kompositionen skall beaktas, eftersom både fi- bern och skiljemedlet absorberar olja. Från ca l till ca 20 delar olja, beräknat på fiberns vikt, (mest föredraget) kan tillsättas till torr fiber. Om emellertid fibrerna skall förbehandlas med vatten eller etylenglykol skall den till de våta fibrerna tillsatta oljemängden reduce- ras i proportionerlig mängd och tillsättas vid ett mest föredraget område av ca 5-ca 10 viktdelar olja per vikt- del fiber.

När olja tillsättes efter kolsvart kan ca l-ca 200 viktdelar olja per viktdel fiber användas. Företrädesvis kan ett förhållande av 2:1-l:2 mellan kolsvart och olja användas. I vardera fallet blandas oljan med fiber- kompositionen i ca l-3 min.

Oljan dispergeras med och fästs på fibrerna och kolsvartpartiklarna. Det antas att oljan bildar en tunn beläggning över fibrerna, vilket ytterligare hjälper till vid fiberdispersionen när fibrerna blandas med en visko- 7soz391-7 12 elast. Den sàlunda preparerade fiberkompositionen utgör ett fiberhaltigt eller fibröst tillsatsmedel, vilket därefter kan användas tillsammans med en viskoelast,. såsom gummi, för att bilda ett elast-fiberkompositma- terial där fibrerna utgör från ca 5 till ca 60 % av elast-fiberkompositmaterialets volym.

I fallet med en viskoelast av glmmityp kan andra tillsatser inbegripas i det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet i stället för att blandas med gummit i sig självt. Exempel på sådana tillsatser är: aktiver- ingsmedel, antioxidationsmedel, acceleratorer och härd- ningsmedel. Dessa tillsatser införlivas i den fibrösa .massan efter det att oljan blandats med fibrerna. Bland- ningstiden kan variera från ca l till 3 min.

Det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet kan även blandas med en pulverformig elast, såsom pulver- formigt gummi. Den sålunda bildade blandningen kan bilda en förblandning, där ytterligare kemikalier krävs, eller kan det pulverformiga gummit innehålla i kombination med det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet alla kemi- kalier som är nödvändiga för att bilda en färdig förråds- blandning. Sådan kemikalieblandning (dvs utan det fi- berhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet) är känd inom tekniken och behöver inte förklaras i detalj här. Älter- nativt kan det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet blandas direkt med "bulk" eller “slab" viskoelaster, såsom gummi, för att bilda antingen en förblandning eller en färdig förrådsblandning. Inte desto mindre måste vid alla typer av blandning av det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet viskoelasten utsättas för höga skjuvningskrafter så att fibrerna dispergeras i denna. Sådan blandning kan göras i en kallmatad sträng- press, en Banbury-blandare, kvarn, Brabender-blandare eller liknande.

Fiberpreparatets och fiberkonditioneringsmedlens avgörande inflytande och effekter på det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet har fastställts genom tal- 781133 91- 7 13 rika viskoelastkompositionær och test. En blandning för en viskoelastförrådsblandning väljs, omfattande: Förrådsblandning A: Beståndsdel Viktdelar Styren-butadiengummi 1500 100,0 Zinkoxid 3,0 Stearinsyra 2,0 Antioxidationsmedel 1,0 Symmetrisk bisbetanaftyl-p- -fenylen-diamin Accelerator 1,25 N-cyklohexyl-D- -bensotiazolsulfenamid Svavel 2,0 Lim för fibrer, valfritt O-3,0 självhärdande torrt recorcinol/form- aldehydharts Ett flertal förrådsblandningar A framställes i enlighet med 1975 ASTM Mixing Procedure D3l82-D3l87.

Ett flertal fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedel tillredes med olika kombinationer av följande bestånds- delar: gestågdgggl Viktdelar Kolsvart (HAF) 2,3-26 Olja (process-) O-20 Fiber, (blekt mjukträkraftpapper, de- O-25 fibrerat med hammarkvarn med en sikt med runda hål med diametern 3,175 mm De fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsnedlen sättes till förrådsblandningar A på en kvarn för att iaktta och mäta fiberblandningsförmågan. Fiberblandningsförmå- gan mäts som lätt E, moderat M, svår D eller extra svår XD. Ett flertal kontrollblandningar framställdes även med användning av kolsvart- och oljevariabler så att effekten av fibern i blandningen kan isoleras.

Kvarnblandning orienterar fibrerna i förrådsbland- ningen. Blandade prover härdas till oscillerande skiv- go och testas i enlighet med 1975 ASTM Test Procedure D4l2-08. Emellertid är de testdata som presen- reometer T 7803391- 7 14 teras här inte korrigerade med Poisson's förhållande.

Dessutom dras alla prov vid en hastighet av 50 cm/min eftersom hastigheten har effekt på de angivna modulerna.

Sekantmoduler vid 5%, M5, mäts för de olika fiber- och kontrollförrådsblandningarna. Skillnaden i sekantmodul 5M5nelLæ1 en förrådsblandning med en ytterligare bestånds- del och kontrollförrådsblandningen utan beståndsdelen fastställer den isolerade effekten av bestândsdelen i förrådsblandningen såsom den påverkas av det fiberhal- tiga eller fibrösa tillsatsmedlets variabler. Dragbrott- gränsen för förrådsblandningen mäts för att bestämma effekten av tillsats av limmet till förråd-fiberbland- ningaiFiberdelarna varieras för att ge en konstant volym- fraktion fibrer för de olika förrådsblandningarna (t ex ,4 eller l2,7%). Tabell I summerar inflytandet av det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlets variabler på den fiberförstärkande effekten på 17 förrådsblandningar. 7803391-7 IÜfifl-fifl U@.hfl> hmmm. MNNQMNMUNQm 50.0 ÉOMUXWHMF-hfiml/ G01 flflfmSH-nv Uufl .vw .oum>Hox«EE:w uw~mwux«> oofl uwa um~wwuxw> ~ mwflo I N .cw:Lm>z ma mfimumagwmflm flfimu w æc«cw:m_a wwpm> mmm mama mmumuwsw m:»m~wv:muonMm I ~ amfl wuuwm~_«» »um u»m>m 1 W am «.«~« «~.nfi @«.<~ -.~ am cw o.@~ ~.- ~.mn - xw w.@- =m.w m~.@ m@.c um om ~.@ ~.- w.o~ øfl nu ~.m@~ æ@.@ o@.o~ -.~ um m ~.@ ~.- ßw mä u m.om~ °w.- o~.«H o~.~ 1 CN @~ ~.- ~.nm qñ 2 ~.o- °@.nH o~.n~ o~.H 1 od @~ ~.- ~.o~ mä m ß.@w~ @«.«H øw.m. em.. 1 m @~ ~.~H m.@~ - m H.w- «m.- m~.m~ ~w.o 1 o~ ~.@ ~.- w.c~ flfi w «.wm~ «~.- Q@.«. @w.o 1 ofi ~.@ ~.- w~ cfl m ~.w@~ oo.m~ w~.@_ ß~.~ 1 m ~.° ß.~H - m a m.~w~ @~.m @@.o_ om.~ 1 1 QN w.- @~ w Q m.wm~ ~m.~ o~.@ m~.H 1 1 @.- ~.~H «.m~ ß Q æ.@- ow.@ a@.~ o_.~ 1 1 ~.@ <.- @.«~ w ,= ~.»m_ ~w.~ o@.n ~o.~ 1 1 ~.@ ~.m ~.m m Q o.N«~ ßm.H m«.~ mw.o 1 1 w.« ~.m m.m « n «.mn~ ~«.~ m~.N «w.o 1 1 fi.~ ~.m m.m m ax «.>- ~m.m o@.@ @@.o 1 1 1 ~.~H m~ N ax m.mm~ ~m.o o@.~ @@.o 1 1 1 m.m oñ H mmmë ax NEu\mx NEu\mx .mz \mx I mz umfiwv umfimw umflmv N~o> umfiwv us 1»æwww=M= wnmuw mz ~««~w»ms mwpuws amg mwfio u~m>w~om Huwnwm ==m~n lwcmflnuwnwß sxumuuw < tuwmomëoxuwnwm 1ummHm w fifiwnwh 7805391-7 16 Såsom anges i tabell I förbättrar kolsvart i sig självteffektiviteten av fibrernas förstärkande effek- ter i en förrådsblandning. Differentialsekantmodulen A M5 ökas från 0,91 kp/cmz (blandning l utan kolsvart) till 2,83 kp/cmz (blandning 5 med 9,7 delar kolsvart). Efter- som kolsvartförstärkningens påverkan på gummít minskas genom kontrollblandningen, beroröknhnæm i A M5-modulen på blandningen av de torra fibrerna med kolsvart i sig självt.Dessutom minskar svårigheten med tillsats av fib- rerna till förrådsblandningen från ytterst svårt (XD) till svårt (D) när kolsvart tillsättes. Det antas att kolsvart verkar som ett effektivt skiljemedel när det blandas huvudsakligen torrt med huvudsakligen torra fib- rer. ökningen av A M5 är resultatet av en bättre fiber- dispersion i förrådsblandningen.

Olja tillsättes i blandning 9 och man ser att det har en signifikant.effekt genom att väsentligt förbättra lättheten att blandas från svårt (D) till lätt (E). Olja ökar även signifikantmoduien A M5 från 2,83 kp/cmz (blandning 5) till 15,00 kp/cmz (blandning 9). Här antas återigen ökning av sekantmodulen vara ett direkt resul- tat av förbättrad fiberdispersion, vilken påverkas av det huvudsakligen torra fiberhaltiga eller fibrösa till- satsmedlet. I En jämförelse mellan blandningarna 9-14 visar vi- dare att blandningslättheten kan ökas till svårt (D) (blandning 12) när det föreligger en signifikant mindre andel olja per andelar kolsvart. Sålunda föredrages det att det i allmänhet föreligger ungefär samma eller ett större antal delar olja per delar kol.

Tillsatsen av limmet till gummiförrådsblandningen ökar signikant sträckgränsen vilket framgår av ökningen från 250,3 kp (blandning l4) till 4l4,4 kp (blandning 17).

Den kritiska effekten och förbättringen av ett lim- system fördelat i det fibrösa eller fiberhaltiga tillsats- medlet demonstreras med hjälp av blandningen A utan lim plus 26 delar kolsvart för att bilda en förrådsblandning B. 7303391-7 17 Ett flertal fiberhaltiga eller fibrösa tillsats- medel med ett flertal limsystem prepareras med olika kombinationer av följande beståndsdelar.

Bestângsdelar Viktdelar Olja (process-) 0-10 Fiber, (blekt kraftmjukträ) (l2,7 volym%) Lim 3 självhärdande recorcinol/formaldehyd- harts Vatten 0-5 Btylenglykol 3,1-6,9 Ett flertal prover blandas med de fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlen, härdas, skärs och testas på det ovan beskrivna sättet. Kontrollförrådsprover fram- ställes även för att fastställa den isolerade effekten av varje varierbar beståndsdel som tillsättes till det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet. Tabell II visar den förbättring som erhålles genom att göra fiber- limsystemet till en del av det fiberhaltiga eller fibrö- sa tillsatsmedlet i stället för en del av viskoelastome- ren. Det visar även att olja enbart är en effektiv be- ståndsdel för att minska fiberblandningsansträngninqen till lätt E. 7aa3s91-7 18 .nmunww mms umflcæfin uumfl zoo flflwu uumwfifiwu .Ewa ! N u @w.«@m @w.=« @@.~« ow.H .@.@ 1 n m ~.- ~m m ~m.~@m o«.@m m~.@n m~.~ ~.fl 1 M m ~.~H am Q ~m.@mm oæ.«m øfi.@m om.~ m.@ 1 m 1 ~.~H om Q w«.@H@ ~@.m~ o~.~m ~m.~ H.m 1 m 1 ß.- mm Q w.w«m o~.m~ o@.@~ o~.~ 1 _ m M m ~.~H mw m @.Hmm o~.wH oq.°~ ø~.H 1 N M m ~.- NN u m.~mm o@.w~ @m.o~ o~.~ 1 ä m m ~.- @~ Q ~.o«m o..@~ o@.w. om.~ 1 m n 1 ~.- m~ Q ~.~@m =«.~H o@.@~ ow.~ 1 N n 1 ~.- «~ Q c.~ßm ~«.@~ ~m.w_ om.N 1 ~ M 1 ~.~_ n~ w w. m æ.flmm om.@~ °o.H~ @>.~ 1 1 n m ß.- - R @.~mm mm.m~ =m.ß~ m_.~ 1 1 n n ~.- ow Q ß.m~m @w.@~ @~.@~ ~@.~ 1 1 n ~ ß.- mä Qx ~.~om °m.@ °o.- Qm.~ 1 1 M Q ~.N~ wfi wmmë ax NEu\mx ~Eu\az NEu\mx umfiuv umfimv umflmv umflwu N~o> us numumwsmz mzmuæ mz mz fimmuoums mä mwuumë Acxmfim _:wuum> EMA mwfiø uunmm cuzmfim Iflsæfinumnfim xummomëozuunmm lummfim |=o~>um u lxumuuw < HH Hflonmfl 7803391-7 19 Såsom visas i tabell II förbättrar tillsatsen av olja till det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet signifikant fiberblandningsförmågan från extremt svår XD (blandning 18) till lätt E (blandningarna 20-22) medan den samtidigt förbättrar differentialmoéulerna A M5 från det låga 9,50 kp/cmz (blandning 18 utan olja) till det höga 19,30 kp/cmz (blandning 21). Förbättringar i bland- ningsförmågan antas vara ett resultat av oljebeläggning på fibern och verkar som ett mjukgörande tillsatsmedel vid gränsytan mellan fibern och gummiförrâdsblandningen när fibern blandas. ökningar i sträckgräns och differen- tialmodul är tvåfaldiga: oljan hjälper till att fördela limmet i den fibrösa massan och bidrar även till en mer homogen dispergering av fibrerna i gummiblandningen.

Vatten eller etylenglykol verkar som tillsatsmedel för att lösa limmet för åtminstone partiell genomträng- ning eller absorbering av en del av limmet in i fibern för förbättrad adhesion. De förbättrar även individuellt blandningsförmågan gentemot fibrer belagda med enbart lim.

Antingen vatten eller etylenglykol associeras ömse- sidigt med oljan för att ge signifikant förbättring av sekantmodulen (blandningarna 28 och 32 jämförda med blandning 21). I Efter att ha bestämt ett system för att få ett fiberhaltigt eller fibröst tillsatsmedel in i en visko- elastomer förrådsblandning kan fibertyper, storlekar, källor och mängder (dvs volymfraktioner) beräknas för att fastställa föredragna fibersamband och disperqer- barhet med en mer sofistikerad elastomer förrâdsbland- ning än som skulle vara lämpligt för gummiartiklar, såsom slangar, däck eller kraftöverföringsremmar. Åtskilliga material fibreras på olika sätt för att illustrera effekterna av fiberkonfigurationen på gummi- förstärkningen. Arkformiga, hackade, rivna eller andra former av fibrösa material får passera genom en hammar- kvarn med en fiskhensmönstrad utloppssikt, HB. Sikten är 7.803391- 7 gjord av 0,559 mm tjockt material med ett mönster av 12,7 mm långa slitsar som har en bredd av 0,686 mm och är belägna l,l9l mm från varandra, vilka utgör en ca 21% öppen yta. Ett exempel på en sådan sikt är nr 3464-- --HB027, sålt av Pulverizing Machinery, en division i Micro-Pul Corporation.

Alternativt kan tidningspapper direkt placeras i' en blandare och defibreras partiellt i-ca 10 min med ett slagblad med en spetshastighet av ca 46 m/s. Tidnings- papperet fibreras ytterligare med slagbladet i ytterligare 3 min (en ökning av 2-5 min) efter tillsatsen av kolsvart när ett tillsatsmedel med användning av tidningspapper framställes såsom anges nedan. Kolsvart verkar som ett .slipmedel som hjälper till med fibreringen och fibrille- ringen.

Ett flertal fiberhaltiga eller fibrösa tillsats- medel framställes för blandning till en 20 volym% frak- tion med en förrådsblandning C, som beskrivs nedan. An- talet delar som krävs för att ge en 20% volymfraktion kommer naturligtvis att variera med den specifika vikten hos den valda fibern och förrådsblandningen. Blandningar med användning av oregenererad cellulosafiber och förråds- blandning C kräver 81,4 delar fibrer för att ge en 20% volymfraktion.

Nedan följer en summering av de olika fiberbland- ningarna.

Tabell III Blandn nr Fiberkälla Fiberblandn 33 Hårdträkraftpapper, blekt Hammarkvarn, ' HB-sikt 34 Hårdträkraftpapper, blekt Hammarkvarn, 0,508 mm, sikt med runda hål Hårdträkraftpapper, blekt Slagblad, 46 m/s 36 Mjukträkraftpapper, oblekt Hammarkvarn _ HB-sikt 37 Mjukträkraftpapper, oblekt Slagblad, 46 m/s 780-33 91- 7 21 339311 111 §l§ndn nr Fiberkälla Fiberblandn 38 Tidningspapper Hammarkvarn, HB-sikt 39 Tidningspapper Slagblad, 46 m/s 40 Aramid, 3,2 mm, Hammarkvarn, 1,5 denier/filament HB-sikt (typ 29) 4l Polyamid, 3,2 mm, Hammarkvarn, 3,0 denier/filament HB-sikt 42 Polyester, 3,2 mm, Hammarkvarn, 6,0 denier/filament HB-sikt Fig l, 4 och 7 är representativa för de olika fram- stälda fibrerna men är specifika för blandningarna 33 (hårdträ), 38 (tidningspapper) och 40 (aramid), behand- lade genom samma fiskbensmönstrade sikt. Fibrerna är kluvna, krossade, sönderrivna eller fibrillerade i olika grad. Fiberstammarna kan inbegripa vidhängande fibriller eller bladliknande delar (fig 4 och 7). Man har bestämt att hårdträ- och mjukträfibrer kan fibrilleras så att de får mer vidhängande fibriller än som visas i fig l genom att reglera fibergenomströmningen från hammarkvar~ nen med en mer begränsad sikt, såsom en sikt med 0,508 mm runda hål för blandning 34. De mer högfibrillerade hård- träfibrerna i blandning 34 har vidhängande fibriller som nära liknar aramidfibern i fig 7. Emellertid är tidnings- pappersfibrerna i fig 4 högfibrillerade med mindre inten- siv mekanisk slagning av hammarkvarnen med den fiskbens- mönstrade sikten.

Tabell IV visar en generell blandningsformel för det fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlet med orege- nereradecellulosafibrer i blandningarna 33-39. Viktdelar- na justeras i blandningen när de syntetiska fibrerna i blandningarna 40-42 användes för att ge en 20% fiber- volymfraktion: 1sozz91-7 22 Tabell IV Viktdelar av Viktdelar förrâdsbland- Beståndsdel av fibern ningen C Fiber, oregenererad cellu- losa 100,00 81,4 Etylenglykol 8,00 Lim självhärdande resorcinol/ /formaldehydharts 7,37 6,0 reaktionsprodukt mellan resorcinol och melamin 2,46 2,0 Gummimjukgöringsmedel (Structol A-60) 3,69 3,0 Kolsvart (HAF) 73,71 80,0 Olja, naftenisk 49,14 40 De fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlen fram- ställes med en bladtypblandare med en bladspetshastighet av ca 46 m/s. Beståndsdelarna blandas enligt följande schema: Tabell V Éeståndsdelar Blandningstid, min Tillsätt: Fiber, etylenglykol, 3 reaktionsprodukten mellan resorcinol och melamin Resorcinolformaldehydharts 2 gummimjukgöringsmedel (fettsyrareaktions- produkt Kolsvart 2 Olja “ökas till 5 min när fibern fibreras med slagbladet som beskrivs ovan.

Ett flertal fiberhaltiga eller fibrösa tillsats- medel framställes enligt specifikationen i tabell IV med användning av fibrerna i blandningarna 33-42. 7803391- 7 23 Fig 2 och 5 är representativa för de på olika sätt framställda fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlen, men är speciellt fiberhaltiga eller fibrösa tillsats- medel med användning av fibrerna i blandningarna 33 (hârdträ) och 38 (tidningspapper). Hårdträ- och tid- ningspappersfibrerna uppträder något svällda på grund av absorption av etylenglykol eller olja. En del av det lös- liga limmet är inte lätt urskiljbart eftersom det löses av etylenglykolen och absorberas av fibern. Emellertid är små olösta partiklar av lim dispergerade tillsammans med fibern. Naturligtvis skulle om ett flytande lim an- vändes detta direkt belägga eller absorberas av fiber- ytan. Följaktligen föredrages flytande lim eftersom de är mer effektiva.

Kolsvart belägger eller dammar fibrerna och håller dem delvis skilda från varandra. Kolsvart uppträder som ett vitaktigt pulver på fibrerna eftersom SBM-processen kräver avsättning av en ledande beläggning, såsom guld, på provet som avsökes elektriskt. Fig 2 och 3 visar klart hur fibrerna i tillsatsmedlen skiljs av kolsvart. Fig 5 visar även kolsvart dammad på vidhängande fibriller och bladliknande delar. Jämförelsevis är de tidigare kända hårdträfibrerna i fig 8 häftade med latex till varandra i en bunden knippa. w En förrâdsblandning C framställes, vilken omfattar: Beståndsdel Viktdelar Styren-butadiengummi (SBR) 100,0 Kolsvartx (HAF) 80,0 Förstärkande fyllmedel 15,0 Utfälld, hydratiserad kiseldioxid Zinkoxid 3,0 Stearinsyra 2,0 Svavel 2,0 Olja, naftenisk 40,0 Accelerator 1,75 N-t-butyl-2-bensotiazolsulfenamid Anti-oxidant 2,0 N-isopropyl-N'-fenyl-p-fenylendiamin ' 7803391- 7 24 Bestândsdel Viktdelar Limsystem (HRH-system för fibrer): Hexametylentetramin l,6 Resorcinol 2,5 xför ett oregenererat fiberhaltigt eller fibröst cellu- losatillsatsmedel som inbegriper de angivna kolsvart- *andelarna.

De fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlen blandas med förrâdsblandning C enligt ovan angivna ASTM-bland- ningsprocedur. De olika blandningarna mals, härdas och skärs för provtestning såsom beskrivs ovan. Dessutom blandas förrådsblandning C med en 20 volym% fraktion av hårdträfibrer i det tidigare kända Santoweb D fiber- haltiga eller fibrösa tillsatsmedlet. Tillsatsmedlet av D-typ är blandbart med SBR i förrådsblandning C; emeller- tid avlägsnas ca 20 delar SBR från förrådsblandningen C för att kompensera den approximativa ekvivalenta gummi- mängden som inkapslar fibrerna.

Hantelformade prover enligt ASTM D4l2 framställes från tillsatsmedel med de införlivade fibrerna oriente- rade "med fiberriktningen“ i några prov och “tvärs över fiberriktningen" i andra prover. Proverna tvärs över fiberriktningen fraktureras för att exponera de inbädda- de fibrerna och visa fiberpackning, fiberorientering och fiberdispersion. Fig 3 och 6 är representativa för de olika framställda fiber-elastkompositmaterialen av fibrerna i blandningarna 33-42, men närmare bestämt är de frakturer tvärs över fiberriktningen, vilka visar hârdträfibrerna i blandning 33 och tidningspappersfibrer- na i blandning 38. Pig 3 och 6 visar klart att fibrerna i kompositmaterialet enligt uppfinningen är tätt packade till varandra och att huvudsakligen alla fibrerna är orienterade i samma riktning.

Jämförelsevis är fig 9 en fraktur tvärs över fiber- _riktningen, som visar tidigare kända fibrer sålda under handelsnamnet Santoweb D (hårdträ). Detta tidigare kända 7Bfi3391-7 kompositmaterial har oorienterade fibrer på grund av odispergerat agglomerat eller bundna knippen, som lämnar vissa ytor där det inte finns några dispergerade fibrer.

Dessutom har kompositmaterialen i fig 3 och 6 ett väsent- ligt större antal fibrer per volymenhet än kompositma- terialet i fig 9, primärt på grund av de kortare fibrerna enligt uppfinningen. Det antas att antalet fibrer i kom- positmaterialen enligt uppfinningen kan överstiga det en- ligt tidigare känd teknik med 25-100%. Det antas att den förbättrade fiberdispersionen, packningen och orientering- en är ett resultat av de kortare, fibrillerade fibrerna enligt uppfinningen, i jämförelse med de tidigare kända fibrerna (t ex de huvudsakligen oavkortade hårdträfiber- längderna i Santoweb D).

De hantelformade proverna med fiberriktningen dras med en Instron-testapparat modell 1123 vid en tvärhuvud- hastighet av 5 mm/min med användning av en 50% töjnings- avkännare så att spännings-töjningskurvorna kan mätas direkt. Med referens till fig 10 visas spännings-töj- ningskurvor för förrådsblandning C kompositmaterial med en 20% volymfraktion fibrer med användning av fibrerna i blandningarna 33-39 och tidigare kända hårdträfibrer, Santoweb D.

Alla kurvorna visar att elasticitetsmodulen eller tangentmodulen är olämplig som en sann indikering av fiberkompositmaterialens karakteristiska hâllfasthet eftersom kurvorna inte har en rak linje där spänningen är proportionell mot töjningen.

Om elasticitetsmodulen (dvs tangentmodulen) använ- des som den primära indikatorn på ett bättre fiberkompo- sitmaterial, är de bladslagna tidningspappersfibrerna (blandning 39) en definitiv förbättring gentemot tidi- gare kända hårdträfiberkompositmaterial, eftersom tid- 3 ningspapperskompositmaterialet har en högre spänning vid l% töjningsnivå där en tangentlinje för elasticitetsmo- dulbestämningen skall dras. Ändå har det tidigare kända hårdträfiberkompositmaterialet en högre 5% sekantmodul i 78921391- 7 26 än tidningspapperskompositmaterialet. Tidningspappers- kompositmaterialet har också en högre dragbrottgräns och en högre tillgänglig töjningsenergi (större projicerad kurvarea) än de tidigare kända hårdträkompositmaterialen.

I många situationer indikeras spänningsbrottcykelta- let för ett material av förhållandet mellan denna töj- - ningsenergi i ett material vid en särskild spännings- nivå (t ex den projicerade arean under en kurva vidden spänningsnivå av 40 M9/cmz) och den totalt tillgängliga töjningsenergin för materialet (t ex den totala projice- rade arean under kurvan upp till dragbrottgränsen). Vid en spänningsnivå av 40 kp/cmz skall tidningspapperskompo- I sitmaterialet ha ett mycket bättre brottcykeltal än det tidigare kända hârdträkompositmaterialet på grund av att tidningspapperskompositmaterialet spänns vid ett lägre procentvärde av dess tillgängliga töjningsenergi.

Det framgår lätt av spännings-töjningsprofilerna i fig l0 att de hammarmalda hârdträ- och mjukträfiber- kompositmaterialen som siktats genom en fiskbensmönstrad sikt visar förhöjd spänningsförmâga gentemot tidigare kända material vid lägre töjningsnivåer. En nästan omärk- lig aspekt som visas av profilerna är att spännings- -töjningskarakteristikorna för ett fiberkompositmaterial -kan påverkas av typen av mekanisk behandling av fibern.

Fibrer kan blandas tillsammans i överensstämmelse med den mekaniska behandlingen, eller t o m blandningar av olika typer för att ge ett spännings-töjningssamband som är oberoende av ändringar i ett särskilt fiberlängd/bredd- förhållande.

Skillnaderna i spännings-töjningsprofilerna för samma fibertyp antyder på ett sätt att fiberlängd/bredd- förhållandet inte är den mest framträdande parametern för att fastställa en totalt uppnåbar modul med tillsats- medlen enligt föreliggande uppfinning. För att mer posi- tivt bestämma effekten av fiberlängd/breddförhållandet på modulen får oblekta mjukträkraftfibrer passera genom en hammarkvarn med en fiskbensmönstrad sikt såsom beskrivs 78113591- 7 27 ovan. Fibrerna filtreras därefter genom siktar som släp- per igenom fibrer med en storlek av 840, 400, 259 och 149 pm i ett tråg. Åtminstone 50 fibrer, kvarhâllna på var- je sikt och tråg, mäts optiskt för att fastställa ett medelförhållande fiberlängd/bredd. De beräknade längd/ /breddförhållandena är: 840 pm 65 400 pm 54 250 pm 42 149 pm 29 tråg 13 Fibrer från varje storleksklass blandas till en volym% fraktion med förrâdsblandningen C såsom för- klaras ovan. De blandade spännings-töjningssambanden i fig ll visar att de resulterande modulerna i komposit- materialen inte primärt påverkas av fiber1ängd/bredd- förhållandet. De fysikaliska egenskaperna för fibrerna spelar en ytterst viktig roll för de fysikaliska egen- skaperna för fiberkompositmaterialet.

Fig 12 visar spännings-töjningssambandet för fiber- kompositmaterial med 20 volym% fraktioner av aramid-, polyester- och polyamidfibrer, behandlade genom en hammar- kvarn med en fiskbensmönstrad sikt såsom definierats ovan.

Det fiberhaltiga eller fibrösa pofyænktillsafiæmxflet fam* ställes såsom beskrivs ovan för cellulosa med undantag av att viktdelarna av förrådsblandningen C justeras för pohfimidaß qææifika vikt för att ge den 20 vo1ym% frak- tionen. Limsystemet för de fiberhaltiga eller fibrösa tillsatsmedlen med aramid och polyester framställes genom förbehandling av fibrerna (före hammarmalningen) med polymetylen, polyfenylisocyanat, torkning vid 93°C och värmebehandling av limmet vid 2l6°C i 3 min. Vikt- delarna av förrådsblandningen C justeras även för att ge den 20 volym% fraktionen för aramid och polyester.

Spännings-töjningssambandet för kompositmaterialet visar inverkan av spännings-töjningsegenskaperna för fibern. ,_.-4. _...._._.. 7eflzs91~7 28 Ett annat primärt kännetecken som kan uppsamlas från fig 10 är att typen av mekanisk behandling av fib- rerna signifikant ändrar fibrernas konfiguration och deras_resulterande förstärkande effekt på en viskoelast.

Några av de mer signifikanta cellulosafiberföränd- ringarna kan uppnås med tidningspappersfibrer. Orsaken till detta kan vara att tidningspappersfibrer kan vara högfibrillerade på grund av att de är förstyvade eller har gjorts spröda med lignin, i jämförelse med hârdträ- eller mjukträfibrer som framställts genom kraftprocessen så att de är fria från lignin.

För att ytterligare utvärdera fiberformen fibreras och fibrilleras tidningspappersmaterial med en hammar- kvarn med olika siktar.

Flera utloppssiktkonfigurationer kan användas för att åstadkomma den önskade fiberstorleken och -formen i enlighet med föreliggande uppfinning. Såsom anges ovan är en fiskbensmönstrad sikt med en bredd av 0,67 m tillfredsställande. Siktar med runda hål är även till- fredsställande, förutsatt att de har en diameter som åstadkommer en önskad längd på fibrerna, medan de även, i fallet med vissa fibrer (t ex aramid, hårdträ, mjukträ och särskilt tidningspapper), signifikant ändrar fiber- formen. Genom testning har det bestämts att siktar med enlmedüïqming av 0,5 mm-ca 2 mm är tillfredsställande.

I denna beskrivning hänför sig bredd till den andra eller breddimensionen, som kännetecknar en siktöppning.

För en fiskbensmönstrad sikt hänför sig bredden till dimensionen 0,686 mm. I fallet med en sikt med runda hål hänför sig bredden :iii diametern. Nar breaaimen- sionen är reglerad är även medianfiberlängden reglerad.

Breddimensionen reglerar huvudsakligen medianfiberlängden från ca 0,2-ca 2,5 medan samtidigt fiberlängden begränsas till ett maximum av ca 2,9 mm. När bredden reduceras blir cellulosafibrernas fibrillering tydligare. Dessutom krävs större böjningsmoment för böjning av fibern ju kortare fibern är. Sålunda har kortare fibrer mindre ten- 7803391- 7 29 dens att hänga ihop och trasslas till. Fördelen är att de kortare fibrerna är lättare att blanda och packa i en viskoelast än de tidigare kända fibrerna. i En sikt som har befunnits vara gynnsam för cellu- losa, och särskilt tidningspapper, är en rasptrapets- sikt med en bredd av 0,8 mn, vilken tillhandahålles av Alpine American Corporation. Hammarkvarnen och rasp- trapetssikten ändrar väsentligt tidningspappersfibrernas form. Fibrerna fragmenteras från en naturligt uppträdan- de medianlängd av ca 2,8 mm till en föredragen median- längd av ca 1,7 mm-ca 2,3 mm. Fibrerna klyvs, rivs sön- der eller sönderdelas på annat sätt, vilket ger dem ut- seendet av fibrillösa partiklar av fiberbuntar som kan klyvas och från vilka sträcker sig vidhängande avskalade bladliknande delar och håriga fibriller. När fibrerna behandlas i ett tillsatsmedel och blandas med förråds- blandning C såsom anges ovan (exkl lim) åstadkommer de en signifikant men reducerad förstärkande effekt. Den modulära anisotropin kvarstår vid ett förhållande av ca 2,7, som är ungefär detsamma som det som erhålles för blandning 38. Den 5% sekantmodulen som uppmäts i kalandreringsriktningen är ca 35,9 kp/cmz, jämfört med den 5% sekantmodulen 13,4 kp/cmz som uppnås i rikt- ningen 9o° i förhållande till kalenareringen.

Effekten av användningen av denna alternativa sikt är att möjliggöra för användaren att ändra den förstärkande effekten hos tidningspapper som en funk- tion av fiberstrukturen, vid konstant volymfraktion och konstanta blandningar. Av ej helt förstådda orsaker förblir fiberorienteringen och den modulära anisotropin approximativt desamma som i blandning 38. Inspektion visar att den fibrösa massan består av huvudsakligen brutna och fibrillerade huvudfiberbuntar med en väsent- lig inneslutning av mindre fibriller eller "bladliknande" strukturer när den införlivas i gummi. 30_ 7aozz91á7 I många situationer fastställes användbarhetend av en gummiliknande elastomer genom dess modulära anisotropa egenskaper (t ex jämförelsen mellan de fysi- kaliska egenskaperna "med fiberriktningen" och dem som uppmäts vid 90° eller “tvärs över fiberriktningen"). Kol- svart noteras för sin förmåga att förstärka gummi utan några väsentliga modulära anisotropa effekter. Allmänt talat förbättrar ökade andelar kolsvart elasticitets- modulen och ökar i hög grad dragbrottgränsen hos en gummi- förrådsblandning utan att väsentligt försämra töjnings- .nivån vid dragbrottgränsen. Granulära fyllmedel, såsom kulmalda cellulosapartiklar och malt trämjöl, åstadkommer en viss förstärkning av gummi utan modulära anisotropa effekter, med undantag av att töjningsnivån vid drag- brottgränsen i hög grad reduceras, liksom elasticitets- modulen, eftersom de granulära partiklarna erbjuder mycket liten kraftöverförande förmåga vid gränsytan till gummit.

Den modulära anisotropin för en fiberbelastad gummi- förrådsblandning pâverkas av fiberorienteringen och f-dispersionerna. Såsom tidigare noterats påverkar rikt- ningen av blandningens strömning under bearbetningen, såsom kalendrering eller strängsprutning, signifikant fiberorienteringen. Det modulära förhållandet för ett typiskt tidigare känt kalandrerat fiberkompositmaterial är ca 10-15 till l (förhållandet "med fiberriktningen" till "tvärs över fiberriktningen").

Emellertid är det modulära förhållandet för elast -fiberkompositmaterialen enligt uppfinningen ca 3-5:1.

De lägre modulära förhållandena erhålles med högre mo- dul "med fiberriktningen" och väsentligt högre "tvärs över fiberriktningen“ än vid tidigare kända material.

T ex är den 5% sekantmodulen för tidningspappersfibrer, 'blandning 38, ca 64,7 kp/cmz i fiberorienteringens riktning och ca 22,9 kpycmz vid 90° mot fiberoriente- ringen, vilket ger ett modulärt förhållande av 2,82f 7803391-7 31 Det antas att den högre "tvärs över fiberriktningen" modulen enligt uppfinningen är ett resultat av förbättrad fiberdispersion och ett större antal fibrer. Tidigare känd teknik visar användningen av långa och obrutna fib- rer, medan sättet enligt föreliggande uppfinning ger kortare fibrer. Följaktligen blir det vid ett givet fi- bervclymförhållande ett större antal enskilda fibrer blandade med en elast i kompositmaterialet enligt föreliggande uppfinning än som var känt tidigare. Det större antalet mindre fibrer resulterar i en mer homo- gen fiberfördelning och en högre fiberpackningsgrad än vid tidigare känd teknik. Fiberfördelningen och -pack- ningen undviker alla spänningskoncentrationer i förråds- blandningen från oorienterade och hoptrasslade fibrer och ger en huvudsakligen homogen förrådsblandningstöj- ning mellan intilliggande fibrer.

Fiberkonfigurationstypen, vilken åstadkommes genom mekaniska medel som beskrivs ovan, för att ge ett fiber- kompositmaterial ett lågt modulärt förhållande känne- tecknat av en hög "med fiberriktningen" och hög "tvärs över fiberriktningen" modul, ger en fiberförstärkande effekt som hittills inte erhållits inom gummitillverk- ningstekniken. Det betyder att oregenererade cellulosa- fibrer kan användas för att förstärka en förrådsbland- ning ungefär i den riktning som åstadkommes med kolsvart.

Emellertid förstärker fibrerna gummi till en ökning av elasticitetsmodulen vid ca 2,5 ggr det volymetriska för- hållandet för kolsvart men med en reduktion av drag- brottgränsen. Sålunda kan en förrådsblandning blandas med endast oregenererade cellulosafibrer och inget kol- svart eller kan antalet andelar av närvarande kolsvart reduceras. Såsom med förrâdsblandningar utfyllda med kolsvart kan olja användas med ca 5-ca 100 viktdelar av elasten. När cellulosafibrerna enligt uppfin- ningen användes i kombination med kolsvart, vilket ut- gör det erforderliga fyllmedlet, kan olja upp till 250 delar användas med upp till 300 delar av den totala _,._..- ._ ___._..ï_._.__.__. 78033 91- 7 32 vikten fyllmedel per 100 viktdelar av elasten.

Närmare bestämt kan cellulosafibrerna enligt upp- finningen (dvs med en föredragen medianlängd av ca 0,1-ca 2,3 mm) dispergeras i oljeutdrygat gummi, som har kolsvart som fyllmedel, för att bilda ett kompositmate- rial där fibrerna utgör ca 5-ca 60 volym% av komposit- materialet. Företrädesvis utgör kolsvart plus fibrer ca 20-ca 200 viktdelar per 100 viktdelar gummi och fib- rerna utgör ca 25-60% av den kombinerade volym som upp- tas av kolsvart och fibrerna. Olja kan därefter inför- livas i större delar än som tidigare varit känt inom tekniken för att justera kompcsitmaterialets sekant- modul såsom önskas. Olja tillsättes för att utgöra minst ca 80 vikt% av de kombinerade kolsvart- och fiberdelar- nas vikt så att oljan upptar en volym som omfattar ca 50-120% av fibervolymen. Mycket högt oljeutdrygade fiber- -gummikompositmaterial kan därefter blandas så att de har en l0% sekantmodul av åtminstone ca 3,52 kp/cmz.

Ovanstående beskrivning har gjorts för illustreran- de ändamål och är inte avsett att begränsa uppfinningens omfattning, vilken bestäms av de bifogade patentkraven-

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 78,333 9 1- 7 33 PÅTENTKRAV

1. Sätt att framställa ett fibrerat tillsatsmedel, k ä n n e t e c k n a t av att, före åtminstone partiell inneslutning av fibrer med en polymer, - fibrerna fibreras, - fibrerna uppluddas och partiellt utredes, - fibrerna blandas med ett partikelformigt skilje- medel under samtidig damning och skiljning av fib- rerna med det partikelformiga skiljemedlet och - de skiljda fibrerna blandas med olja.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att fibrerna fibreras till medianlängder av ca 0,03- ca 2,9 mm och av att fibrerna väljs bland fibrer be- stående av cellulosa, aramid, nylon, polyester och tid- ningspappersfibrer.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att fibrerna förstyvas med ett förstyvnings- medel.

4. Sätt enligt ett eller flera av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att fibrerna stor- lekssorteras genom att fibrerna slages mekaniskt och fiberflödet från slagningen siktas genom en genomström- ningssikt med öppningar med en vidd av ca 0,5-2 mm.

5. Sätt enligt ett eller flera av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att skiljemedlet väljes bland kolsvart och lera.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att fibrerna blandas med ca 5 - ca 200 viktdelar kolsvartpartiklar samtidigt som fibrerna dammas och skiljes med kolsvartpartiklarna, varefter fibrerna och kolsvartpartiklarna blandas med olja i ett viktförhàl- lande av från ca 2:1 till ca 1:2 mellan olja och kol- svart. I

7. Sätt enligt ett eller flera av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att fibrerna kondi- tioneras med en absorberande vätska i en mängd av ca l - ca 20 viktdelar vätska per viktdel fibrer, fibrer- 10 I5 20 25 30 35 7803391-7 34 na blandas med ett ej elastiskt lim øch fibrerna åtmin- stone partiellt belägges med limmet medan fibrerna bi- behàlles i ett huvudsakligen àtskiljt tillstànd.

8. Sätt enligt ett eller flera av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att fibrerna, skilje- medlet och oljan efter inblandningen av olja blandas med pulverformigt gummi.

9. Fibrerat tillsatsmedel till användning i fiber- -elastkompositmaterial, k ä n n e t e c k n a t av att det omfattar ' - fibrerade fibrer storlekssorterade så att de har en medianlängd av ca 0,03 - ca 2,9 mm, - partikelformigt skiljemedel, dammat på fibrerna, vilket i stort sett skiljer fibrerna från varandra och - olja dispergerad med och fäst vid fibrerna och det partikelformiga skiljemedlet.

10. lO. Fibrerat tillsatsmedel enligt krav 9, k ä n - n e t e ctk n a t av att skiljemedlet utgöres av kol- svart eller lera.

11. ll. Eibrerat tillsatsmedel enligt krav 9, k ä n - nde t e c k n a t av att skiljemedlet utgöres av par- tiklar av kolsvart i en mängd av 5-200 viktdelar per viktdel fibrer, av att oljan föreligger i en mängd av ca 2:1 - ca 1:2 viktdelar olja per viktdel kolsvart och av att fibrerna består av cellulosa, aramid, nylon, polyester eller tidningspappersfibrer.

12. Användning av ett tillsatsmedel, som omfattar l- fibrerade fibrer, storlekssorterade så att de har en medianlängd av ca 0,03 - ca 2,9 mm, - partikelformigt skiljemedel, dammat pà fibrerna, vilket i stort sett skiljer fibrerna från varandra, och - olja dispergerad med och fäst vid fibrerna och det partikelformiga skiljemedlet, i ett fiber-elast-kompositmaterial, varvid fibrerna utgör ca 5-60 % av kompositmaterialets volym och är huvudsakligen homogent dispergerade i elasten. 7803391-7 35

13. Användning enligt krav 12, k ä n n e t e c k- n a d av att fibrerna består av cellulosa, aramid, nylon eller polyester.

14. Användning enligt krav 12 eller 13, k ä n- n e t e c k n a d av att det partikelformiga skilje- medlet består av kolsvart eller lera.