WO2010060538A1 - Wässrige textilschlichte zur behandlung von r-, e-, ecr- und s-glasfasern - Google Patents

Wässrige textilschlichte zur behandlung von r-, e-, ecr- und s-glasfasern Download PDF

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WO2010060538A1
WO2010060538A1 PCT/EP2009/008010 EP2009008010W WO2010060538A1 WO 2010060538 A1 WO2010060538 A1 WO 2010060538A1 EP 2009008010 W EP2009008010 W EP 2009008010W WO 2010060538 A1 WO2010060538 A1 WO 2010060538A1
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WO
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glass
textile
ecr
textile size
aqueous
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/008010
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Teschner
Kati Richter
Hans-Peter Richter
Original Assignee
S.D.R. Biotec Verfahrenstechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by S.D.R. Biotec Verfahrenstechnik Gmbh filed Critical S.D.R. Biotec Verfahrenstechnik Gmbh
Publication of WO2010060538A1 publication Critical patent/WO2010060538A1/de

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/24—Coatings containing organic materials
    • C03C25/26—Macromolecular compounds or prepolymers

Definitions

  • the present invention relates to an aqueous textile size for treating R, E, ECR and S glass fibers, in particular for the production of roving and fibers cut therefrom from a thermally and chemically resistant glass, as well as glass fibers coated with the textile size according to the invention.
  • the glass fibers regardless of their chemical composition, are kink and scrub sensitive. Already during the fiber drawing process, therefore, care must be taken to protect the glass fibers against the scouring effect of glass on glass and / or glass on the drawing drum, i. H. especially against the danger of a mechanical
  • Another task of sizing is to ensure a compatible with the polymers to be reinforced composite, so that the glass fiber reinforced
  • Such satisfactory physico-chemical properties are in particular: good adhesion of the polymers to the glass surface high flexural strength, tensile strength and elasticity of the composite
  • the composition of the size not only affects the degree of closure, the stiffness, the hardness and Oberfiumbleenbementspond the glass fiber products, but also the technological processes, such as the fiber drawing process, the winding (coil assembly) the drying process and in particular themannverarbeit south (weaving, cutting) of the textile glass fibers , Also the penetration capacity of a resin in the SMC (Sheet Molding Compoud) or in the BMC (BuIk Molding Compoud) method depends on the quality of the sizing.
  • the ability to be cut, the slippage of the warp and weft threads as well as the friction and damage to the glass filaments (fluff, breaks) depend on the size of the sizing composition.
  • Such sizes are known as starch-containing, so-called textile sizes, and as adhesive-containing, so-called plastic sizes.
  • the type of plastic finishing is described, inter alia, in documents EP 0750594 B1, DE 3101457 C2, DE 3120750 C2, EP 0991603 B1, DE 2802243 C2, EP 0201691 B1, EP 0311894 A2, DE 3120764 C2, EP 0137427 A2, EP 0432748 B1, DE 19818046 Al and EP 1658246 Al.
  • the aqueous plastic sizes for textile glass fibers consist predominantly of one or more film formers, a lubricant, a wetting agent and one or more adhesion promoters (coupling agents, primers).
  • Starch-containing textile sizes usually contain no adhesion promoter in contrast to the plastic sizes.
  • a textile size containing a starch, a lubricant, an emulsifier and an organic chain organosilane of the polyazamide compound has been described in DE 2802243 C2.
  • DE 3716755 A1 describes an aqueous textile size containing starch, polyvinyl alcohol and a wax as components.
  • composition of a typical textile size includes, for example: Thickness - 5.0% by mass
  • Plasticizer 1.5% by mass
  • a film former imparts the required integrity to the textile glass products, protects the glass substrates from mutual friction, and thus contributes to the affinity for the binder or plastic matrix for the strength of the final product (e.g., composite).
  • Starch derivatives, polymers and copolymers of vinyl acetate of acrylic esters, epoxy resin emulsions, epoxy polyester resins, polyurethane resins, polyolefin resins or mixed emulsions of polyvinyl acetate and polystyrene in a proportion of 0.1 to 12 percent by mass (wt .-% wt .-%) are used as film formers.
  • a lubricant in the aqueous sizing impart the necessary suppleness to the glass fiber product (such as roving) and sets the mutual friction of the glass fibers both during manufacture and during processing e.g. Weaving, down. Most lubricants affect the adhesion between glass and binder.
  • a lubricant e.g. Fats, oils, waxes and polyalkyleneamines in an amount of 0.01 to 1.0 Ma. -% used.
  • a wetting agent as a component of an aqueous sizing reduces the surface tension of the water and thus improves the wetting of the filaments with the Plain.
  • a wetting agent for example, poly fatty acid amides in an amount of from 0.1 to 1.5 Ma. -% introduced.
  • Adhesives create a "bridge" between the glass and the resin, which allows a complete transfer of forces in the composite.
  • hydrolyzed silanols The hydrolyzate solution has only limited stability and tends to
  • the silanols react with the reactive glass surface to form an adhesive layer approximately 5 nm thick, which extends like a protective veil over the fiber surface.
  • the protective veil as an oligomer, initially soluble, later condenses into cross-linked structures and ends up as a siloxane ⁇ Si - O - Si ⁇ .
  • the adhesive-containing sizes may contain, in addition to a primer, other additives, e.g. Antistatics and emulsifiers, by which special effects are to be achieved.
  • the physicochemical properties of glass fiber products depend not only on the particular size, but also on the glass composition.
  • the chemical glass composition affects the mechanical properties and the adhesion properties of the glass fibers.
  • the glass fibers regardless of their oxidic composition, are subject to corrosion processes that severely impair their physicochemical properties as well as the adhesion to the limit glass fiber binder.
  • a corrosion process begins, which can be described by the following chemical reactions:
  • the resulting reaction products lead to damage to the surface of the glass fibers and thus affect the fiber strength and adhesion to the glass surface.
  • the textile glass products such as rovings, often made of the water-resistant R or ECR glass (aluminum-calcium silicate glass).
  • the corrosion resistance of glass fibers is particularly important in their use as a structurally active component in fiber concrete.
  • the alkali and long-term durability (measured in the so-called SIC test) is of crucial importance.
  • alkali-resistant glass fibers from the ECR glass (E-Glass: Corrosion Resistance) or from an R-glass (Resistance Glass) are used.
  • the glass fibers are also used for shrinkage crack reduction in cement screed.
  • the screed fibers are used to avoid the Appelschwindrissen in the "fresh” and boys "cement screed until its hardening.
  • the glass fibers used must not affect the fresh or hardened concrete properties.
  • the fibers must have the required flowability when incorporated into a cement screed so that they can be evenly distributed.
  • C and E glass fibers coated with an alkali-resistant size and the expensive R and ECR glass fibers are used.
  • the textile sizes are often used for the production of glass fiber needle mats. It is important that the organic textile size contains an antistatic agent and its proportion of the fibers is as low as possible (0.1 to 0.2 mass%).
  • the sizing in particular the textile sizing ⁇ must be removed before the glass fiber products are used in the composite.
  • the desizing is realized by chemical or thermal treatment.
  • the corresponding adhesion promoter is applied by a final tissue treatment.
  • the desizing process especially the thermal desizing, affects the fiber, thus the fabric strength and ultimately the strength of the composites made therefrom.
  • the tissue freed from the sizing is provided with the hydrolyzed silane solution (silanol) provided for this purpose.
  • the continuous finishing process takes place in an infusion bath, immediately after leaving the desizing oven. Thereafter, the fabric is dried and wound up.
  • the pure polysiloxane layer that ends up on the Fiberglass surface often gives the fabric a certain rigidity, which can lead to damage of the filaments during further processing.
  • the object of the present invention is to demonstrate an aqueous textile size which is particularly suitable for R, E and ECR and S glass fibers and which has good chemical resistance and which significantly improves the treatment of o / a glass fibers and their physicochemical properties.
  • the new aqueous textile size should be a simple, straightforward component system without the shortcomings of conventional aqueous textile sizes.
  • a process for the production of woven roving, roving or glass staple fibers wherein at least one treatment of R, E, ECR and S glass fibers with a new aqueous textile size, be given.
  • the weave made with the size according to the invention should e.g. good integrity and softness, as well as satisfactory leveling, lubricity and slip resistance.
  • the textile size should provide the filaments with satisfactory processing properties, i. H. in particular, that the filaments do not break and splice the warp and weft threads during processing in the weaving process.
  • the fabric produced from the roving should in addition to a satisfactory grip, ie the fibers should not be dull, not brittle and semi-soft, also a good penetration capacity, ie a migration of resins between single filaments, for polymer resins, such as polyester or epoxy resins , exhibit.
  • the composites made from the fabric are said to have satisfactory physico-chemical properties, in particular tensile, compression, flexural strength and impact resistance, ie values for tensile strength and impact resistance at the 30% fiber content corresponding to more than 90 MPa and more than 40 kJ / m 2 , have.
  • This object of the invention is achieved by an aqueous textile size according to the features of claim 1.
  • this aqueous textile size in addition to water, consists exclusively of a two-component film former, an antistatic agent and a polyolefin wax (lubricant).
  • the inventive aqueous textile size ensures good lubricity and satisfactory slip resistance of the warp and weft threads in the weaving process. This is reflected in particular in the strength of the fabric and the composite produced from it.
  • the aqueous textile size according to the invention can make do with a two-component film former, with an antistatic agent and with a lubricant as constituents. This contributes to the simplification and rational operation both in the production of sizing, in the manufacture of fibers and in the further processing of glass fibers.
  • the size according to the invention is easy and quick to set up in comparison with the conventional sizes, requires no pH regulator and is more environmentally friendly.
  • glass fiber and fiberglass bundle properties such as tensile strength, elongation, integrity and Lubricity of the fiber bundle are particularly achieved when the glass fibers are coated with aqueous textile size of the following chemical composition:
  • aqueous textile size for the preparation of the needle mat fibers, converted to solids concentration contains the following proportions of components:
  • the proportions of the sizing components are as follows:
  • the solids concentration, d. H. the concentration of solid components in the aqueous textile size is 1.3 to 2.3 mass%.
  • the proportion of solid constituents of the new textile size on the dried roving here was 0.4 to 0.7% by mass.
  • the invention further relates to the roving or glass staple fibers coated with the textile size according to the invention as well as products made therefrom, such as e.g. Fabrics, scrim, fiberglass mats, glass fiber webs u. ä.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to the features of claim 6.
  • the process for treating the fibers with the aqueous textile size according to the invention is carried out by applying them to the glass fiber surface, removing the excess sizing and thermal treatment of the coated glass fibers.
  • the application of the aqueous textile size according to the invention is carried out with spray nozzles or by means of a galette (applicator).
  • the excess size is removed and the coated fibers dried in a thermal treatment.
  • Excess size is for the purposes of the invention, the amount of Textile sizing, which is not absorbed by the individual filaments and is thrown off during the winding process. It has proved to be particularly advantageous that the thermal treatment in the temperature range of 110 C to 160 ° C is performed. This drying takes place in a high-frequency dryer, in an electrically heated, conventional chamber dryer or in a microwave dryer.
  • 1000 kg of sizing contains:
  • 1000 kg of sizing contains:
  • Vinyl acetate-ethylene copolymer (Appretan-55%) - 0.40% by mass 2.
  • 1000 kg of sizing contains:
  • Antistatic agent (NH 4 Cl) - 1.0 kg 4.
  • the batch is provided with 2.5 kg of Michem 42035 polyolefin wax.
  • 1000 kg of sizing contains:
  • Antistatic agent (Afilan AKT) - 0.15 mass% 4.
  • Polyolefin wax Michem 42035 0.25 mass%
  • 1000 kg of sizing contains:
  • Antistatic agent (Afilan AKT) - 0.15 Ma. -%
  • 1000 kg of sizing contains:

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine wässrige Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S- Glasfasern, insbesondere für die Herstellung von Roving und daraus geschnittenen Fasern aus einem thermisch und chemisch beständigen Glas. Die Schlichte besteht ausschliesslich aus Wasser, einem Zweikomponenten- Filmbildner, einem Antistatikum und aus Polylefinwachs.

Description

BESCHREIBUNG
Wässrige Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S- Glasfasern, insbesondere für die Herstellung von Roving und daraus geschnittenen Fasern aus einem thermisch und chemisch beständigen Glas, sowie mit der erfindungsgemäßen Textilschlichte beschichteten Glasfasern.
Die Glasfasern, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung, sind knick- und scheuerempfindlich. Schon während des FaserziehprozessesCSchlichteauftrag) muss deswegen Vorsorge getroffen werden, um die Glasfasern gegen die Scheuerwirkung von Glas auf Glas und/oder Glas auf Ziehtrommel, d. h. insbesondere vor der Gefahr einer mechanischen
Beschädigung zu schützen. Dies wird insbesondere durch das Auftragen einer Schlichte erreicht. Eine andere Aufgabe von Schlichten ist, einen mit den zu verstärkenden Polymeren kompatiblen Verbund zu gewährleisten, damit die glasfaserverstärkten
Verbundwerkstoffe (Composite) zufrieden stellende physikalisch-chemische
Eigenschaften aufweisen.
Solche zufrieden stellende physikalisch-chemische Eigenschaften sind insbesondere: - gute Adhäsion der Polymere auf der Glasoberfläche hohe Biege-, Zugfestigkeit und Elastizität der Composite
- gute chemische und thermische Beständigkeit und
- gute Korrosionsbeständigkeit.
Die Zusammensetzung der Schlichte beeinflusst nicht nur den Geschlossenheitsgrad, die Steifigkeit, die Härte und die Oberfiächenbeschaffenheiten der Glasfaserprodukte, sondern auch die technologischen Prozesse, wie z.B. den Faserziehprozess, das Wickeln (Spulenaufbau) den Trocknungsprozess und insbesondere die Weiterverarbeitbarkeit (Weben, Schneiden) der Textilglasfasern. Auch das Penetrationsvermögen eines Harzes im SMC (Sheet Molding Compoud)- oder im BMC(BuIk Molding Compoud)- Verfahren ist von der Qualität der Schlichte abhängig.
Im Webprozess ist die Verschneidbarkeit, die Schiebefestigkeit der Kett- und Schussfäden als auch die Reibung und Schädigung der Glasfilamente (Faserflug, Abrisse) von der Schlichtenzusammensetzung abhängig.
Derartige Schlichten sind als stärkehaltige, so genannte Textilschlichten, und als haft- mittelhaltige, so genannte Kunststoffschlichten, bekannt.
Der Art Kunststoffschlichten werden unter anderem in Dokumenten EP 0750594 Bl , DE 3101457 C2, DE 3120750 C2, EP 0991603 Bl, DE 2802243 C2, EP 0201691 Bl, EP 0311894 A2, DE 3120764 C2, EP 0137427 A2, EP 0432748 Bl, DE 19818046 Al und EP 1658246 Al beschrieben. Die wässrigen Kunststoffschlichten für Textilglasfasern bestehen vorwiegend aus einem oder mehreren Filmbildner, einem Gleitmittel, einem Netzmittel und einem oder mehreren Haftvermittlern (Kupplungsmitteln, Primer).
Stärkehaltige Textilschlichten enthalten im Gegensatz zu den Kunststoffschlichten meistens keinen Haftvermittler. Eine Textilschlichte, die eine Stärke, ein Schmiermittel, einen Emulgator und ein Organosilan mit organischer Kette der Polyazamidverbindung enthält, wurde in DE 2802243 C2 beschrieben.
Die DE 3716755 Al beschreibt eine wässrige Textilschlichte die Stärke, Polyvinylalkohol und ein Wachs als Komponenten enthält.
Die US-Patentschriften 3022289 und 2876217 lehren die chemischen Reaktionen von Stärke (, die meistens Hauptbestandteil einer Textilschlichte darstellt) mit Vinylester bzw. mit einer Epoxidverbindung.
Die Zusammensetzung einer typischen Textilschlichte beinhaltet beispielsweise: Stärke - 5,0 Ma.-%
Plastifikator - 1,5 Ma.-%
Emulgator - 0,2 Ma.-%
Gleitmittel - 0,1 Ma.-% Polyvinylalkohol - 0,1 Ma. -%
Gelatine - 0,1 Ma.-%
Netzmittel - 0,1 Ma.-% und
Wasser - 92,9 Ma.-%.
Die Unzulänglichkeiten der zitierten Textilschlichten liegen darin, dass sie oft ein kompliziertes Mehrstoffsystem darstellen (siehe oben) und bei der Herstellung arbeitsintensiv und arbeitsaufwendig sind.
Ein Filmbildner verleiht den Textilglaserzeugnissen die erforderliche Integrität, schützt die Glasfϊlamente vor gegenseitiger Reibung und trägt zur Affinität zum Bindemittel bzw. Kunststoffmatrix damit zur Festigkeit des Endproduktes (z.B. Verbundwerkstoff) bei. Als Filmbildner werden Stärkederivate, Polymere und Copolymere von Vinylacetat von Acrylestern, Epoxidharzemulsionen, Epoxypolyesterharze, Polyurethanharze, Polyolefinharze bzw. Mischemulsionen von Polyvinylacetat und Polystyrol in einem Anteil von 0,1 bis 12 Massenprozent (Ma.-% = Gew.-%) angewendet.
Ein Gleitmittel in den wässrigen Schlichten verleiht dem Glasfaserprodukt (wie z.B. Roving) die notwendige Geschmeidigkeit und setzt die gegenseitige Reibung der Glasfasern sowohl während der Herstellung als auch während der Weiterverarbeitung z.B. Weben, herab. Die meisten Gleitmittel beeinträchtigen die Haftung zwischen Glas und Bindemittel. Als Gleitmittel werden z.B. Fette, Öle, Wachse und Polyalkylenamine in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Ma. -% eingesetzt.
Ein Netzmittel als Komponente einer wässrigen Schlichte setzt die Oberflächenspan- nung vom Wasser herab und verbessert damit die Benetzung der Filamente mit der Schlichte. Als Netzmittel werden in die wässrige Schlichte z.B. Polyfettsäureamide in einer Menge von 0,1 bis 1,5 Ma. -% eingeführt.
Die meisten Harze (Polymere) weisen keine Affinität zum Glas auf.
Durch Haftmittel (Primer) wird zwischen Glas und Harz eine „Brücke" geschaffen, die eine vollständige Kraftübertragung im Verbund ermöglicht. Die Haftvermittler erhöhen die Adhäsion von Polymeren an der Glasoberfläche. Als Haftmittel dienen meistens organofunktionelle Silane, wie z.B. γ-Aminopropyltiethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltimethoxysilan, γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan u.a., deren Menge in der Schlichte von 0,2 bis 1,0 Ma.-% beträgt.
Bevor die Silane der wässrigen Schlichte zugesetzt werden, werden sie meistens zu
Silanolen hydrolysiert. Die Hydrolysatlösung ist nur begrenzt stabil und neigt zur
Kondensation.
Die Silanole reagieren mit der reaktiven Glasoberfläche und bilden eine Haftmittel- schicht mit einer Dicke von ca. 5 nm, die sich wie ein Schutzschleier über die Faseroberfläche zieht.
Der Schutzschleier als Oligomer, anfangs noch löslich, kondensiert später zu vernetzten Strukturen und liegt am Ende als ein Siloxan ≡ Si - O - Si ≡ vor. Die haftmittelhaltigen Schlichten können außer einem Primer noch andere Zusätze, wie z.B. Antistatika und Emulgatoren, enthalten, durch die spezielle Wirkungen erreicht werden sollen.
Diese weiteren Hilfskomponenten sind allgemein bekannt und beispielsweise in K. L. Löwenstein - The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres, Elsevier Scientific Publishing Corp. Amsterdam - Oxford New York, 1983 beschrieben.
Die physikalisch-chemische Eigenschaften der Glasfaserprodukte, wie z.B. Glasstapelfasern, sind nicht nur von der jeweiligen Schlichte, sondern auch von der Glaszusammensetzung abhängig. Die chemische Glaszusammensetzung wirkt sich auf die mechanischen Eigenschaften und auf die Adhäsionseigenschaften der Glasfasern aus.
Die Glasfasern, unabhängig von ihrer oxidischen Zusammensetzung, unterliegen Korrosionsprozessen, die ihre physikalisch-chemische Eigenschaften sowie die Haftung an der Grenze Glasfasern-Bindemittel stark beeinträchtigen. Kommen die Glasfilamente mit Wasser in Berührung, beginnt ein Korrosionsprozess, der mit folgenden chemischen Reaktionen beschrieben werden kann:
≡≡SSii -- OO -- NNaa + H2O → ≡Si - O - H + Na+ + OH"
≡Si - O
\
^Ca + 2H?O → 2 ≡Si - 0 - H+ Ca(OH)7
≡Si - O /
Die dabei frei werdende Lauge, wie z.B. NaOH und Ca(OH)2 , greift das Kieselsäuregerüst der Glasfasern an, wobei folgender chemischer Prozess der Netzwerkauflösung abläuft, der mit nachfolgender Formel beschrieben werden kann:
≡Si - O - Si≡ + OH' → ≡Si - O- + ≡Si - OH
Die entstandenen Reaktionsprodukte führen zu einer Beschädigung der Oberfläche der Glasfasern und beeinträchtigen damit die Faserfestigkeit und die Haftung an der Glasoberfläche.
Daher werden die Textilglasprodukte, wie z.B. Rovings, oft aus dem wasserbeständigeren R- bzw. ECR- Glas (Aluminium-Kalksilikatglas) hergestellt. Die Korrosionsbeständigkeit der Glasfasern ist besonders wichtig bei ihrem Einsatz als statisch wirksame Komponente im Faserbeton. Dabei ist die Alkali- und Langzeitbe- ständigkeit (im so genannten SIC-Test gemessen) von entscheidender Bedeutung. Für diese Anwendung werden meistens alkalibeständige Glasfasern aus dem ECR-Glas (E-Glass: Corrosion Resistance) oder aus einem R-Glas (Resistance Glass) eingesetzt. Die Glasfasern werden auch zur Schwindrissreduzierung im Zementestrich eingesetzt. Die Estrichfasern dienen der Vermeidung der Frühschwindrissen im „frischen" und Jungen" Zementestrich bis zu seiner Erhärtung.
Dabei dürfen die eingesetzten Glasfasern die Frisch- bzw. Festbetoneigenschaften nicht beeinträchtigen. Außerdem müssen die Fasern bei der Einarbeitung in einen Zementestrich die erforderliche Rieselfähigkeit aufweisen, damit sie gleichmäßig verteilt werden können. Für diese Zwecke kommen C-und E- Glasfasern, die mit einer laugenbeständigen Schlichte beschichtet wurden als auch die teueren R- und ECR- Glasfasern zum Einsatz.
Die Textilschlichten werden oft für die Herstellung von Glasfasernadelmatten eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass die organische Textilschlichte ein Antistatikum enthält und ihr Anteil an den Fasern möglichst niedrig liegt (0,1 bis 0,2 Ma.-%).
Für bestimmte Anwendungen der Glasfasern, z.B. zur Sondergewebeherstellung, muss die Schlichte, insbesondere die Textilschlichte^ entfernt werden, bevor die Glasfaserprodukte im Composit zum Einsatz kommen. Die Entschlichtung wird durch chemische bzw. durch thermische Behandlung realisiert. Dabei wird durch eine abschließende Gewebebehandlung der entsprechende Haftvermittler aufgebracht. Der Entschlichtungsprozess, insbesondere die thermische Entschlichtung, beeinträchtigt die Faser, somit die Gewebefestigkeit und letztendlich die Festigkeit der daraus hergestellten Composite. Unmittelbar nach der Entschlichtung wird das von der Schlichte befreite Gewebe mit der dazu vorgesehenen, hydrolysierten Silan-Lösung (Silanol) versehen. Der kontinuierliche Ausrüstungsvorgang findet in einem Tränkbad, direkt nach dem Verlassen des Entschlichtungsofens statt. Danach wird das Gewebe getrocknet und aufgewickelt. Die reine Polysiloxanschicht, die am Ende auf der Glasfaseroberfläche vorliegt, verleiht dem Gewebe oft eine gewisse Steifigkeit, die zu Schädigung der Filamente während der Weiterverarbeitung führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders für R-, E- und ECR- und S-Glasfasern geeignete wässrige Textilschlichte mit einer guten chemischen Beständigkeit aufzuzeigen, die die Behandlung von o/a Glasfasern und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften deutlich verbessert. Außerdem soll die neue wässrige Textilschlichte ein einfaches, unkompliziertes Komponentensystem, ohne die Unzulänglichkeiten der herkömmlichen wässrigen Textilschlichten darstellen.
Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung von Webroving, Roving- oder Glasstapelfasern, wobei zumindest eine Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern mit einer neuen wässrigen Textilschlichte erfolgt, angegeben werden. Der mit der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellte Webroving sollte z.B. eine gute Integrität und Weichheit als auch zufrieden stellende Verschneidbarkeit, Gleitfähigkeit und Schiebefestigkeit aufweisen. Für den Einsatz als geschnittene Fasern für die Herstellung einer Nadelmatte sollte die Textilschlichte den Filamenten zufrieden stellende Verarbeitungseigenschaften, d. h. insbesondere, dass die Filamente der Kett- und Schussfäden während der Verarbeitung im Webprozess nicht brechen und zerspleissen, verleihen.
Das aus dem Roving hergestellte Gewebe soll neben einer zufrieden stellenden Griffigkeit, d. h. die Fasern sollen nicht stumpf, nicht spröde und etwa halbweich sein, auch ein gutes Penetrationsvermögen, d. h. eine Migration der Harze zwischen Einzelfilamenten, für Polymerharze, wie z.B. Polyester-, oder Epoxydharze, aufweisen. Die aus dem Gewebe angefertigten Verbundwerkstoffe sollen zufrieden stellende physikalisch-chemische Eigenschaften, insbesondere Zug-, Druck-, Biege- Festigkeit und Schlagzähigkeit, d. h. beispielsweise Werte für Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit beim 30 %- igen Faseranteil entsprechend über 90 MPa bzw. über 40 kJ/m2, aufweisen. Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine wässrige Textilschlichte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungswesentlich ist, dass diese wässrige Textilschlichte neben Wasser, ausschließlich aus einem Zweikomponenten-Filmbildner, einem Antistatikum und aus einem Polyolefinwachs (Gleitmittel) besteht.
Die Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern mit dieser wässrigen Textilschlichte hat den Erfolg, dass den Glasfasern und dem Gesamtfaden (Faserbündel) gute Verarbeitungseigenschaften während ihrer Herstellung sowie späteren Verarbeitung verliehen werden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die erfindungsgemäße wässrige Textilschlichte eine gute Gleitfähigkeit und zufrieden stellende Schiebefestigkeit der Kett- und Schussfäden im Webprozess gewährleistet. Dies spiegelt sich insbesondere in der Festigkeit des Gewebes und der daraus hergestellten Composite wieder.
Des Weiteren ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße wässrige Textilschlichte mit einem Zweikomponenten-Filmbildner, mit einem Antistatikum und mit einem Gleitmittel als Bestandteile auskommt. Dies trägt zur Vereinfachung und rationellen Arbeitsweise sowohl bei der Schlichtenherstellung, bei der Faserherstellung als auch bei der Weiterverarbeitung der Glasfasern bei. Die erfindungsgemäße Schlichte ist im Vergleich mit den herkömmlichen Schlichten einfach und schnell anzusetzen, bedarf keinen pH-Regler und ist umweltfreundlicher.
Die Unteransprüche 2 bis 5 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen wässrigen Textilschlichten auf, ohne diese abschließend zu beschreiben.
In den zahlreichen durchgeführten Versuchen und Tests hat sich herausgestellt, dass die im Sinne der Erfindung geforderten und notwendigen Glasfaser- und Glasfaserbündeleigenschaften, wie Zugfestigkeit, Dehnung, Integrität und Gleitfähigkeit, des Faserbündels besonders erreicht werden, wenn die Glasfasern mit wässriger Textilschlichte folgender chemischer Zusammensetzung beschichtet werden:
1) Polyvinylalkohol-Polyether und Vinylacetat-Ethylencopolymer, oder Vinylacetat-Ethylencopolymer und Polyvinylpyrrolidon, oder Polyvinylalkohol-
Polyether und Polyvinylpyrrolidon 1,0 bis 5,5 Ma.-%
2) Polyolefinwachs 0,1 bis 0,3 Ma.-%
3) Antistatikum 0,1 bis 0,2 Ma.-% und 4) Wasser als Rest bis auf 100 Ma. -%.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die wässrige Textilschlichte für die Herstellung der Nadelmattenfasern, umgerechnet auf Festkörperkonzentration, folgende Anteile an Komponenten enthält:
Filmbildner - 72 bis 85 Ma. -%
Antistatikum - 10 bis l5 Ma.-%
Polyolefinwachs - 5 bis l3 Ma.-%, wobei deren Summe immer jeweils 100 Ma.-% ergibt.
Bei diesen Komponentenmengen und bei diesem Mengenverhältnis sind alle oben erwähnten positiven Eigenschaften der erfmdungsgemäßen Textilschlichte und damit hergestellten Nadelmattenfasern besonders gut ausgeprägt.
Für die Herstellung des Webrovings betragen die Anteile der Schlichtenkomponenten wie folgt:
Filmbildner - 75 bis 90 Ma. -%
Antistatikum - 5 bis l0 Ma.-%
Polyolefinwachs - 5 bis 15 Ma.-%, wobei deren Summe immer jeweils 100 Ma.-% ergibt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die besten technischen Roving- Eigenschafiten für den Nadelmattenherstellungseinsatz bei einer Festkörperkonzentration in der wässrigen Textilschlichte von 0,7 bis 1 ,2 Ma. -% erreicht wurden. Dabei lag der Anteil der Textilschlichte am getrockneten Roving bei 0,10 bis 0,3 Ma.-%.
Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Schlichte zur Webrovingherstellung, lag die Festkörperkonzentration, d. h. die Konzentration der festen Bestandteile, in der wässrigen Textilschlichte bei 1,3 bis 2,3 Ma.-%. Der Anteil der festen Bestandteile der neuen Textilschlichte am getrockneten Roving betrug hier 0,4 bis 0,7 Ma.-%. Bei diesem Gehalt an der erfindungsgemäßen Schlichte, waren die technologischen Roving- Eigenschaften (Verschneidbarkeit, Schiebefestigkeit der Kett- und Schussfäden, Harzpenetrationsvermögen) besonders gut ausgeprägt.
Die Erfindung betrifft weiterhin die mit der erfindungsgemäßen Textilschlichte beschichteten Roving- bzw. Glasstapelfasern als auch daraus hergestellten Produkte wie z.B. Gewebe, Gelege, Glasfasermatten, Glasfaservliese u. ä.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Das Verfahren zur Behandlung der Fasern mit der erfindungsgemäßen wässrigen Textilschlichte erfolgt durch deren Auftragen auf die Glasfaseroberfläche, Entfernung des überschüssigen Sizings und thermische Behandlung der beschichteten Glasfasern. Die Auftragung der erfindungsgemäßen wässrigen Textilschlichte erfolgt mit Sprühdüsen oder mittels einer Galette (Applikator). Die überschüssige Schlichte wird entfernt und die beschichteten Fasern im Rahmen einer thermischen Behandlung getrocknet. Überschüssige Schlichte ist im Sinne der Erfindung die Menge der Textilschlichte, die von den Einzelfilamenten nicht aufgenommen und während des Aufwickeins abgeschleudert wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die thermische Behandlung im Temperaturbereich von 110 C bis 160° C durchgeführt wird. Diese Trocknung erfolgt in einem Hochfrequenztrockner, in einem elektrisch beheizten, konventionellen Kammertrockner bzw. in einem Mikrowellentrockner.
Die vorliegende Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden, wobei die Erfindung damit nicht beschränkt wird.
Beispiel 1. Schlichte A; Festkörperkonzentration : Fk = 0,77 Ma.-%
Technologischer Einsatz der Fasern: Nadelmattenherstellung
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 1 ,40 Ma.-%
2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 0,30 Ma.-% 3. Antistatikum NH4Cl - 0,10 Ma.-%
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 0,25 Ma.-%
5. Wasser - 97,95 Ma.-%.
1000 kg Schlichte enthält:
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 14,0 kg
2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 3,0 kg
3. Antistatikum (NH4Cl) - 1,0 kg
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 2,5 kg 5. Wasser - 979,5 kg
Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg 1) 800 kg Wasser wird vorgelegt. 2) 1 ,0 kg NH4Cl wird in 8 kg Warmwasser aufgelöst.
3) Zugabe der NH4Cl -Lösung.
4) 3,0 kg Polyvinylpyrrolidon PVP K90, aufgelöst in 36 kg Heißwasser, wird dem
Ansatz zugegeben. 5) 14,0 kg Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) wird dem Ansatz zugesetzt. 6) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyolefinwachs Michem 42035 versehen.
7) Zugabe der restlichen Wassermenge (135,5 kg).
Beispiel 2. Schlichte F; Festkörperkonzentration : Fk = 0,74 Ma.-%
Technologischer Einsatz der Fasern: Nadelmattenherstellung
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 1 ,40 M a.-%
2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 0,30 Ma.-% 3. Antistatikum (Afilan AKT) - 0,13 Ma.-%
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 0,25 Ma.-%
5. Wasser - 97,92 Ma.-%
1000 kg Schlichte enthält:
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 14,0 kg
2. Polyvinylpyrrolidon PVPK90 - 3,0 kg
3. Afilan AKT (58%) - 1,3 kg
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 2,5 kg 5. Wasser - 979,2 kg
Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg 1) 800 kg Wasser wird vorgelegt.
2) 1,3 kg Afilan AKT wird dem Wasser zugesetzt.
3) 3,0 kg Polyvinylpyrrolidon PVP K90, aufgelöst in 36 kg Heißwasser, wird dem Ansatz zugegeben.
4) 14,0 kg Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) wird dem Ansatz zugesetzt.
5) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyoleflnwachs Michem 42035 versehen. 6) Zugabe der restlichen Wassermenge (143,2 kg).
Beispiel 3. Schlichte C; Festkörperkonzentration : Fk = 0,71 Ma.-%
Technologischer Einsatz der Fasern: Nadelmattenherstellung
1. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - 0,40 Ma.-% 2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 0,30 Ma.-%
3. Antistatikum NH4Cl - 0,10 Ma.-%
4. Polyoleflnwachs Michem 42035 - 0,25 Ma. -%
5. Wasser - 98,95 Ma.-%
1000 kg Schlichte enthält:
1. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - 4,0 kg
2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 3,0 kg
3. Antistatikum (NH4Cl) - 1,0 kg 4. Polyoleflnwachs Michem 42035 - 2,5 kg
5. Wasser - 989,5 kg
Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg 1) 800 kg Wasser wird vorgelegt.
2) 1 ,0 kg NH4CI wird in 8 kg Warmwasser aufgelöst.
3) Zugabe der NH4Cl -Lösung.
4) 3,0 kg Polyvinylpyrrolidon PVP K90, aufgelöst in 36 kg Heißwasser, wird dem Ansatz zugegeben.
5) 4,0 kg Vinylacetat-Ethylencopolyme^Appretan-SSyo) wird dem Ansatz zugesetzt.
6) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyolefinwachs Michem 42035 versehen.
7) Zugabe der restlichen Wassermenge (145,5 kg).
Beispiel 4. Schlichte E; Festkörperkonzentration 0,7 Ma.-% Technologischer Einsatz der Fasern: Nadelmattenherstellung
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - l,60 Ma.-% 2. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - 0,40 Ma. -%
3. Antistatikum (Afilan AKT) - 0,13 Ma.-%
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 0,25 Ma.-%
5. Wasser - 97,62 Ma.-%
1000 kg Schlichte enthält:
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 16,0 kg
2. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - 4,0 kg
3. Afilan AKT (58%) - 1,3 kg 4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 2,5 kg
5. Wasser - 976,2 kg Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg
1) 800 kg Wasser wird vorgelegt. 2) 16,0 kg Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) wird dem Wasser zugegeben.
3) 4,0 kg Vinylacetat-Ethylencopolymer(Appretan-55%) wird dem Ansatz zugesetzt.
4) 1,3 kg Afϊlan AKT (Antistatikum) wird in die Schlichte eingeführt. 5) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyolefinwachs Michem 42035 versehen.
6) Zugabe der restlichen Wassermenge (176,2 kg).
Beispiel 5. Schlichte G; Festkörperkonzentration : Fk = 1,67 Ma.-%
Technologischer Einsatz der geschlichteten Fasern: W ebrovingher Stellung
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 3,50 Ma.-%
2. Polyvinylpyrrolidon PVP K90 - 0,80 Ma.-%
3. Antistatikum (Afilan AKT) - 0,15 Ma.-% 4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 0,25 Ma.-%
5. Wasser - 95,30 Ma. -%
1000 kg Schlichte enthält:
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 35,0 kg
2. Polyvinylpyrrolidon PVPK90 - 8,0 kg
3. Afilan AKT (58%) - 1,5 kg
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 2,5 kg
5. Wasser - 953,0 kg Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg
1) 800 kg Wasser wird vorgelegt. 2) 1,5 kg Afilan AKT wird dem Wasser zugesetzt.
3) 8,0 kg Polyvinylpyrrolidon PVP K90, aufgelöst in 100 kg Heißwasser, wird dem
Ansatz zugegeben.
4) 35,0 kg Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) wird dem Ansatz zugesetzt. 5) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyolefinwachs Michem 42035 versehen.
7) Zugabe der restlichen Wassermenge (53,0 kg).
Beispiel 6. Schlichte H; Festkörperkonzentration : F^ = 1,67 Ma.-%
Technologischer Einsatz der geschlichteten Fasern: Webrovingherstellung
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 4,20 Ma.-%
2. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - l,20 Ma.-%
3. Antistatikum (Afilan AKT) - 0,15 Ma. -%
4. Polyolefinwachs Michem 42035 - 0,25 Ma.-% 5. Wasser - 94,20 Ma.-%
1000 kg Schlichte enthält:
1. Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) - 42,0 kg 2. Vinylacetat-Ethylencopolymer (Appretan-55%) - 12,0 kg
3. Afilan AKT (58%) - 1,5 kg 4. Polyolefϊnwachs Michem 42035 - 2,5 kg
5. Wasser - 942,0 kg
Verfahrensweise - Mixvorgang 1000 kg
1) 800 kg Wasser wird vorgelegt.
2) 42,0 kg Polyvinylalkohol-Polyether (Arkofil CS20-20%) wird dem Wasser zugegeben.
3) 12,0 kg Vinylacetat-Ethylencopolymer(Appretan-55%) wird dem Ansatz zugesetzt. 4) 1 ,5 kg Afilan AKT (Antistatikum) wird in die Schlichte eingeführt.
5) Der Ansatz wird mit 2,5 kg Polyolefinwachs Michem 42035 versehen. 8) Zugabe der restlichen Wassermenge (142,0 kg).

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Wässrige Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, dass diese, neben Wasser, ausschließlich aus einem Zweikomponenten-Filmbildner aus einem Antistatikum und aus einem Polyolefinwachs besteht.
2. Textilschlichte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Zweikomponenten-Filmbildner aus einem Polyvinylalkohol-Polyether und einem Polyvinylpyrrolidon, oder einem Polyvinylalkohol-Polyether und einem Vinylacetatethylencopolymer, oder einem Polyvinylpyrrolidon und einem Vinylacetatethylencopolymer besteht.
3. Textilschlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Antistatikum entweder Ammoniumchlorid oder Phosphorsäureester (Afilan AKT) in die
Schlichte eingeführt wird.
4. Textilschlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitmittel ein Polyolefinwachs in die Schlichte eingeführt wird.
5. Textilschlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperkonzentration in der wässrigen Textilschlichte im Bereich 0,5 bis
2,5 Ma.-% liegt.
6. Verfahren zur Herstellung von Webroving, Roving- oder Glasstapelfasern, wobei zumindest eine Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern mit einer wässrigen Textilschlichte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass diese wässrige Textilschlichte eine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.
7. Verwendung einer wässrigen Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für die Nadelmattenfaserherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilschlichte umgerechnet auf Festkörper 72 bis 85 Ma.-% Filmbildners, 10 bis 15 Ma.-% Antistatikum und 5 bis 13 Ma.-% Polyolefinwachs enthält, wobei deren Summe
100 Ma.-% ergibt.
8. Verwendung einer wässrigen Textilschlichte zur Behandlung von R-, E-, ECR- und S-Glasfasern, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für die Webrovingherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilschlichte umgerechnet auf Festkörper 75 bis 90 Ma.-% Filmbildners, 5 bis 10 Ma.-% Antistatikum und 5 bis 15 Ma.-% Polyolefinwachs enthält, wobei deren Summe 100 Ma.-% ergibt.
9. Verwendung der wässrigen Textilschlichte zur Behandlung von R-, E- , ECR- oder S-Glasfasern, gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, für die Roving- oder Glasstapelfaserherstellung.
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