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Kunstharzgebundenes Faserprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung
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Ein harzgebundenes Faserprodukt gemäss der vorliegenden Erfindung ist daher aus anorganischen, sili- katischenFasem in Form eines Filzes, einer Matte, eines Ziegels, einer Tafel oder von Stücken für Rohrisolation gebildet, worin die Fasern durch ein für diesen Zweck bekanntes harzartiges Bindemittel in einer Menge von 1 bis 15 Gew.
-'10, bezogen auf das Fasermaterial, zusammengehalten sind, wobei diese Menge je nach der verlangten Steifheit oder Härte eingestellt ist und das Bindemittel durch Zusatz einer organischen Siliziumverbindung der allgemeinen Formel RSiX.. modifiziert ist, worin R ein organisches Radikal mit einer gegenüber dem verwendeten Harz reaktiven Aminogruppe, Aldehydgruppe oder pheno- lischenHydroxylgruppe, X eine Hydroxylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Aroxygruppe oder ein Halogen ist und n die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet. Das Modifikationsmittel kann in einer Menge von 0,025 bis 5% und zweckmässig von 0, 075 bis Ilo, bezogen auf den Feststoffgehalt des verwendeten Harzbindemittels, angewendet werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial mit einer derartigen Menge des in der vorstehend beschriebenen Weise modifizierten harzartigen Bindemittels behandelt wird, dass der Feststoffgehalt des Bindemittels, berechnet auf das Gewicht des Fasermaterials, je nach der verwendeten Steifheit oder Härte des Materials und je nach der Art der verwendeten Faser zwischen 1 und 15% liegt, wonach das Bindemittel gehärtet wird.
Das Bindemittel wird dem Fasermaterial in üblicher Weise zugesetzt. Es kann in Form einer Lösung, Emulsion oder Suspension direkt auf die Fasern bei ihrer Herstellung aufgesprüht werden, gewöhnlich unter einer zu diesem Zweck vorgesehenen Haube. In ähnlicher Weise kann es in Form eines Pulvers dem Faserstrom zugeführt werden. Die fertiggestellte Faserbahn (gewöhnlich in Form von dünnen Matten mit einer Dicke von 0,2 bis 10 mm) kann auch in eine Lösung, Emulsion oder Suspension des Bindemittels eingetaucht werden ; man kann auch diese Lösung od. dgl. über die Faserbahn strömen lassen und sie in dieser Weise vollständig imprägnieren. Bei Anwendung der letztgenannten Methode soll der Überschuss des Bindemittels durch Absaugen entfernt werden.
Wenn das Bindemittel zugeführt worden ist, wird die Faserbahn in einen Härteofen gebracht, wo das Bindemittel in üblicher Weise gehärtet wird.
Organische Siliziumverbindungen sind zur Appretur von Fäden aus Glasfasermaterial für textile Anwendung schon früher vorgeschlagen worden. So empfiehlt beispielsweise die USA - Patentschrift Nr. 2, 392, 805 Appreturen für Fäden aus Glasfasermaterial, die aus verschiedenen organischen Silizium- verbindungfa nebst Schmiermittel, wie Wachs usw. bestehen. Demgegenüber handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein gänzlich verschiedenes Problem, nämlich um die Ausbildung kunstharzgebundener Faserprodukte, worin die Fasern durch ein aus Phenoplasten und/oder Aminoplasten bestehendes Bindemittel zu einem Filz gebunden sind.
Die Verwendung eines solchen, erfindungsgemäss durch geringe Mengen an einer speziellen Silanverbindung modifizierten Bindemittels oder der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Silanverbindungen selbst bzw. die damit erhaltenen Endprodukte sind aber durch den geschilderten Stand der Technik nicht bekanntgeworden.
Zur Erklärung der ausgezeichneten Resultate, die erfindungsgemäss erzielt werden können, seien nachfolgend jene Untersuchungsmethoden angegeben, die zur Prüfung der hydrolytischen Beständigkeit (hydrolytischen Resistenz) des Ausgangsmaterials für die Fasererzeugung sowie zur Prüfung der Adhäsion zwischen Faser und Bindemittel benützt wurden.
Die hydrolytische Beständigkeit eines kieselsäurehaltigen Materials, z. B. von Glas, wird an Pulvern bestimmt, die auf einem Sieb von 0, 149 bis 0, 105 mm lichter Maschenweite gesiebt werden.
Von diesem Pulver werden 10 g ausgewogen, die mit 30 cm3 Wasser 3 Stunden in einem 50 cm3 Messkolben gekocht werden. Nach dem Abkühlen wird mit destilliertem Wasser bis zur 50 cm3 Marke aufgefüllt. Danach werden 25 cm3 herauspipettiert und mit 0, 05-n HCl wird auf einen pH-Wert von 7 titriert.
Die Menge der verbrauchten Salzsäure gilt als Mass der hydrolytischen Beständigkeit. Das bedeutet, dass eine geringere Säuremenge einer höheren Resistenz entspricht.
Zur Bestimmung der Adhäsion wird zunächst eine Faser aus einem Platinbehälter mit einem Loch im Boden abgezogen, wobei aus einer in diesem Behälter befindlichen Schmelze die Faser mit Hilfe einer rotierenden Trommel von 125 mm Durchmesser ausgezogen wird. Die Temperatur der Schmelze und die Zahl der Umdrehungen werden so eingestellt, dass man mit verschiedenen Schmelzen den gleichen Faserdurchmesser erhält. Bei einer Lochgrösse von 1 mm des Platinbehälters ist eine Temperatur von 12500C normal, wenn die Zahl der Umdrehungen 3000 Umdr/min beträgt. Die Fasern werden 5 Minuten lang abgezogen, wobei vor dem Erreichen der Trommel das Bindemittel zugefilgt wird. Das erhaltene Faserbündel wird von der Trommel abgeschnitten und weiteres Bindemittel zugesetzt.
Das Bündel wird dann bei Raumtemperatur getrocknet, wonach das Bindemittel bei erhöhter Temperatur und bei hängender Lage des Bündels kondensiert wird. Von dem erhaltenen, zu Stäben oder Stiften verbundenen Faserbündel werden
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9 cm lange Abschnitte oder Nadeln abgetrennt. Zehn dieser Nadeln bzw. Stifte werden direkt auf Biegefestigkeit In einem Apparat untersucht, wobei zwischen den Auflagekanten ein Abstand von 50 mm vorhanden ist. Ein Bruch tritt nicht durch Faserbruch ein, sondern durch eine Ablösung der Fasern voneinander. Die notwendige Bruchbelastung ist daher ein Mass für die Adhäsion.
Zehn weitere Nadeln wurden zuerst eine Woche lang der Einwirkung von mit Feuchtigkeit gesättigter Luft ausgesetzt ; danach wurden sie auf Biegefestigkeit untersucht, die demnach ein Mass für die Adhäsion nach Behandlung in feuchter Atmosphäre darstellt.
Nachfolgend sind einige Beispiele angegeben, wie die in der vorstehend angegebenen Weise gemes- sene Adhäsion durch Verwendung von erfindungsgemäss modifizierten Bindemitteln gesteigert werden kann.
Beispiel 1 : Die Fasern wurden aus einem unter anderem 4% Borsäure und 12% Alkalienthaltenden Glas hergestellt, das eine hydrolytische Beständigkeit von 0,9 hatte. Die Adhäsion wurde an Stiften mit einem Bindemittelgehalt von 6% (Feststoffe) gemessen, wobei ein Teil unter Verwendung von normalem Phenolharz und ein anderer Teil unter Verwendung eines mit 0,4% Aminoprooyltriäthoxysilan modifizierten Phenolharze hergestellt worden war.
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<tb>
<tb>
Gewöhnliches <SEP> Harz <SEP> : <SEP> Modifiziertes <SEP> Harz <SEP> : <SEP>
<tb> Bruchlast <SEP> vor <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 420 <SEP> g <SEP> 580 <SEP> g
<tb> Bruchlast <SEP> nach <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 200 <SEP> g <SEP> 560 <SEP> g
<tb> Verbleibende <SEP> Festigkeit <SEP> ¯ <SEP> 50 <SEP> % <SEP> ¯ <SEP> 100 <SEP> go <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
Bei Verwendung von Fasern, die aus einem 0, 57o Borsäure und 14% Alkali enthaltenden Glas mit einer hydrolytischen Resistenz von 3, 5 hergestellt worden waren, wurde das folgende Ergebnis erzielt :
EMI3.2
<tb>
<tb> Gewöhnliches <SEP> Harz <SEP> : <SEP> Modifiziertes <SEP> Harz <SEP> : <SEP>
<tb> Bruchlast <SEP> vor <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 350 <SEP> g <SEP> 460 <SEP> g
<tb> Bruchlast <SEP> nach <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 40 <SEP> g <SEP> 480 <SEP> g
<tb> Verbleibende <SEP> Festigkeit <SEP> -'10 <SEP> %"'100 <SEP> % <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : Fasern aus Glas mit einer hydrolytischen Resistenz von 5, 6 und einem Alkaligehalt von 15% ergaben die folgenden Resultate :
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<tb>
<tb> Gewöhnliches <SEP> Harz <SEP> : <SEP> Modifiziertes <SEP> Harz <SEP> :
<SEP>
<tb> Bruchlast <SEP> vor <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 270 <SEP> g <SEP> 510 <SEP> g
<tb> Bruchlast <SEP> nach <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 0 <SEP> g <SEP> 350 <SEP> g
<tb> Verbleibende <SEP> Festigkeit <SEP> 00 <SEP> < %" < <SEP> 70 <SEP> % <SEP>
<tb>
Beispiel 4 : Dieses Beispiel bezieht sich auf die Prüfung von Tafeln bzw. Platten aus Glaswolle mit einem Faserdurchmesser von 20 bis 25 Mikron ; die Fasern wurden gemäss dem Hager-Verfahren hergestellt, d. h. durch Zentrifugieren einer Glasschmelze mittels einer rasch rotierenden Scheibe. Die Platten wurden aus einem Glas mit einer hydrolytischen Resistenz von 4,0 erzeugt und wurden zum Teil mit gewöhnlichemHarz und zum Teil mit einem Phenolharz, das mit 0, 3% Aminopropyltriäthoxysilanmodi- fiziert worden war, miteinander verbunden.
Die untersuchten Platten hatten eine Dichte von 150 kg/m und eine Dicke von 30 mm. Die Resistenz des Bindemittels wird in diesem Falle als die prozentuale Zunahme der Dicke der Platten (Quellung) nach der Einwirkung von Luft mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 90 bis 951o bei Raumtemperatur definiert. Das Quellen der Platten erfolgt dadurch, dass die Dehnung der langen und groben Fasern die Bindefestigkeit des Bindemittels überwindet, das durch die Feuchtigkeit weich geworden ist.
Das Ergebnis dieser Versuche ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht.
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Dauer <SEP> der <SEP> Quellung
<tb> Feuchtigkeitseinwirkung
<tb> 1fJ'/o <SEP> Harz <SEP> 11% <SEP> Harz <SEP> 6% <SEP> Harz
<tb> in <SEP> der <SEP> Lösung <SEP> In <SEP> der <SEP> Lösung <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung
<tb> ohne <SEP> mit <SEP> ohne <SEP> mit <SEP> ohne <SEP> mit
<tb> Silan <SEP> Silan <SEP> Silan <SEP> Silan <SEP> Silan <SEP> Silan
<tb> 1 <SEP> Woche <SEP> 10% <SEP> 0% <SEP> 20% <SEP> 0% <SEP> 24% <SEP> 0%
<tb> 2 <SEP> Wochen <SEP> 15% <SEP> 0% <SEP> 35% <SEP> 0% <SEP> 52% <SEP> 0%
<tb> 5 <SEP> Wochen <SEP> 29% <SEP> 0% <SEP> 46% <SEP> 0% <SEP> 64% <SEP> 0%
<tb>
In allen diesen Fällen wurde die gleiche Menge derHarzlösung benutzt und der Gehalt des Bindemittels, berechnet auf die Fasermenge,
ist infolgedessen direkt proportional den verschiedenen Konzentrationen der Phenolharzlösungen.
Aus der Tabelle ist zu ersehen, dass bei diesem Glas von schlechter hydrolytischer Beständigkeit nicht einmal bei einer so hohen Konzentration des Harzes wie lolo, wenn es nicht modifiziert ist, ein befriedigendes Ergebnis zu erzielen, wogegen bei dem gleichen Glas ein vollständig befriedigender Effekt bereits mit o des modifizierten Harzes, bezogen auf das Fasergewicht, erreicht wird.
Beispiel 5 : In diesem Beispiel werden Ziegel aus Glasfasern hergestellt, wobei die Fasern durch Zentrifugieren mittels eines perforierten Zylinders auf einen Faserdurchmesser von 5 bis 7 Mikron erzeugt wurden. Das für die Fasererzeugung verwendete Glas war sehr beständig und hatte eine hydrolytische Resistenz von 1, 2. Die Ziegel, die zum Teil mit normalem Phenolharz und zum Teil mit einem Phenolharz gebundenwurden, das mit 0,15% Aminopropyltrläthoxysilan modifiziert worden war, hatten eine Dichte von 15 kg/m. In diesem Falle wurden die Änderungen der Bindefestigkeit der Ziegel unter Feuchtigkeitseinfluss als Änderungen jener Dicke gemessen, bis zu welcher die Ziegel gepresst werden konnten, wenn sie einer Last von 100 kg/m2 unterworfen wurden.
Ein erhöhter Angriff durch die Feuchtigkeit ergibt eine geringere Dicke unter Belastung. Das Ergebnis ist aus der folgenden Tabelle zu ersehen.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Dicke <SEP> unter <SEP> Last
<tb> Muster <SEP> Ziegel <SEP> mit <SEP> 9% <SEP> Ziegel <SEP> mit <SEP> 6, <SEP> 51o
<tb> gewöhnlichem <SEP> Harz <SEP> modifiziertem <SEP> Harz
<tb> Vor <SEP> Feuchtigkeitsbehandlung <SEP> 70 <SEP> mm <SEP> 65 <SEP> mm
<tb> Nach <SEP> l-monatiger
<tb> Behandlung <SEP> in <SEP> Luft <SEP> 55 <SEP> mm <SEP> 60 <SEP> mm
<tb> mit <SEP> 90 <SEP> - <SEP> 95%
<tb> relativer <SEP> Feuchtigkeit
<tb>
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, zeigt ein Ziegel, der mit modifiziertem Harz gebunden ist, bes-
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