DE1228981B - Rollbarer Faserkoerper aus Glasfasern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-9/03

Nummer: 1 228 981

Aktenzeichen: Sch 30542 VI b/80 b

Anmeldetag: 6. November 1961

Auslegetag: 17. November 1966

Es sind Vliese oder Matten aus textlien Naturoder Kunstmaterialien bekannt, die sich durch eine sehr hohe Gleichmäßigkeit auszeichnen. Die Gleichmäßigkeit, über die Breite gemessen, beträgt bei derartigen Vliesen ungefähr + 5 ^e/o und darunter. Es ist weiterhin bekannt, daß diese Vliese nur eine geringe Zugfestigkeit besitzen. Matten unterscheiden sich dabei von Vliesen durch das Volumen des Faseraufbaus, in dem Vliese von etwa 0,1 bis 2,0 mm Dicke gerechnet werden, Matten dagegen erst bei etwa 2 mm beginnen und Dicken bis zu 100 mm erreichen können.

Aus der Glasfaserindustrie sind Vliese aus monofilen Stapelfasern und Matten aus multifilen Glasfaserbündeln bekannt, die durch einen Binder abgebunden sind und verschieden hohe Zugfestigkeitswerte erreichen.

Die bisher in der Glasfaserindustrie angewandten Stapelfaser-Herstellungsverfahren führen zu sehr unterschiedlichen Stapellängen. Bei Anwendung des Düsenblasverf ahrens ζ. B. gelangt man zu Stapelfaserlängen von 70 bis 200 mm. Die Verwendung von rotierenden Muffeln od. dgl. dagegen ergibt eine Stapelfaser, die wesentlich kürzer ist und im allgemeinen nicht länger als 60 mm wird. Das bekannte und wegen der Erzielung sehr gleichmäßiger Faserdurchmesser viel verwendete sogenannte »Stababziehverfahren«, bei dem mittels einer mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Trommel die erzeugten Fäden ab- und ausgezogen und vor Erreichen einer einmaligen Umschlingung durch einen Abstreifer vom Trommelumfang abgehoben und in Faserstücke zerlegt werden, liefert Stapelfasern von sehr großer unregelmäßiger Länge. Obwohl eine geringste Länge von 250 mm kaum unterschritten wird, kann die größte Länge bei 2 bis 3 m liegen, d. h., die nach diesem Verfahren hergestellten Stapelfasern weisen in bezug auf ihre Länge eine sehr große Streuung auf. Das bedeutet, daß aus monofilen Stapelfasern nach dem Stababziehverfahren hergestelle Glasfaservliese den Nachteil haben, daß trotz höchster Festigkeit die von Textilvliesen bekannte Gleichmäßigkeit in bezug auf eine Faserverteilung über die gesamte Breite nicht erreicht wird.

Darüber hinaus macht sich auch bei den vorher genannten Glasfaservliesen nachteilig bemerkbar, daß sie zu starker »Runenbildung« neigen. Diese wird, wie sich herausgestellt hat, durch uneinheitliche Faserlängen und unorientierte Ablage der Fasern begünstigt.

Derartige Runen sind im Vlies gleich nach der Fertigstellung vorhanden, aber nicht sichtbar. Wäh-Rollbarer Faserkörper aus Glasfasern

Anmelder:

Werner Hugo Wilhelm Schuller,

Grünwald bei München, Dr.-Kurt-Huber-Str. 14

Als Erfinder benannt:
Werner Hugo Wilhelm Schuller,
Grünwald bei München;
Wolfgang Schuller, Wertheim/M.

rend sie bei produktionsneuen Vliesen erst durch vorsichtiges Biegen des Vlieses in der Hand um 180° sichtbar werden, sind sie an solchen abgelagerten Vliesen bereits zu erkennen. Zu dieser Erscheinung neigen besonders Vliese, die mit einem unelastischen oder in seiner Elastizität nachstehendem Binder ausgerüstet sind. Runen bilden sich besonders bei Vliesen über 0,8 mm und hier vorwiegend in der Querrichtung, da bei dem Aufwickelprozeß das Vlies in der Querrichtung gerollt und dadurch formgebend behandelt wird.

Aus all dem folgt, daß die Herstellung dünner Vliese der im Absatz 1 angegebenen Dicke dann mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, wenn ein qualitativ hochwertiges Produkt angestrebt wird, wobei unter »qualitativ hochwertig« eine besonders gleichmäßige Verteilung der Fasern über die gesamte Fläche der aus den Fasern herzustellenden Vliesbahn, deren an allen Stellen gleiche Dicke und eine ausreichende Zugfestigkeit verstanden wird. Je gleichmäßiger nämlich gleich lange Fasern im Faserkörper verteilt liegen, desto gleichmäßiger ist die Verteilung der zwischen den Fasern im Vlies entstehenden Kapillarräume bzw. die sogenannte Porosität, die für die Weiterverarbeitung der Vliese und dergleichen Faserkörper von großer Bedeutung ist. Da diese Weiterverarbeitung fast stets in der Weise vorgenommen wird, daß die Vliese in Schutz- oder Kunststoffe eingebettet werden, ist die als Folge der Kapillarräume zwischen den Fasern gebildete Saug- und Imprägnierfähigkeit von allergrößter Wichtigkeit. Zu dieser Gleichmäßigkeit der Faserverteilung muß jedoch im Hinblick auf die Praxis der Weiterverarbeitung noch eine ausreichende Festigkeit kommen, weil die Vliese bei der Weiterverarbeitung oft durch Zug- und bzw. oder Druckkräfte auf diese ausübende Maschinen geführt werden, z. B. schnelllaufende Beschichtungsmaschinen passieren müssen

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und dabei häufig unter Anwendung von Kraft durch zähe, niederviskose Beschichtungs- oder Imprägnierflüssigkeiten oder -massen gezogen werden. Aber selbst dann, wenn dies nicht der Fall ist, sondern die Vliese mit der Imprägnierflüssigkeit besprüht werden, muß der Faserkörper eine Festigkeit besitzen, die dem Zug auf den durch die Imprägnierung schwerer gewordenen Körper widersteht.

Zweck der Erfindung ist, die Vorteile eines nach dem Stababziehverfahren hergestellten Vlieses zu behalten, ohne deren bekannte Nachteile zu übernehmen.

Da nun das die Fäden mit einer Trommel abziehenden und Fasern unterschiedlicher, aber verhältnismäßig großer Länge erzeugende sogenannte Stababziehverfahren Glasfaservliese mit überschüssiger Zugfestigkeit liefert, geht die Erfindung von dem Gedanken aus, in einem Faserkörper lange und kurze Stapelfasern zusammen zu verarbeiten und einen Faserkörper aufzubauen, in dem ein Teil der Fasern zur Erzielung der erforderlichen Zugfestigkeit dient, während der andere Teil der Fasern die gewünschte Gleichmäßigkeit und hinsichtlich des Querschnittes eine Strukturänderung der bekannten Vliese erbringt, so daß eine optimale Gleichmäßigkeit bei einer noch genügenden Zugfestigkeit erzielt wird. Die Erfindung benutzt also die Tatsache, daß das lange Stapelfasern liefernde Stababziehverfahren Vliese und dergleichen Faserkörper hoher Festigeit liefert, die auf jeden Fall im Hinblick auf deren Weiterverarbeitung erhalten werden soll. Um jedoch die Porosität und Dehnung zu erhöhen und auch um gegebenenfalls bei Erhaltung der Festigkeit und Verbesserung der Saugfähigkeit ein etwas voluminöseres Vlies herstellen zu können, lehrt sie, Schichten aus langen Fasern unregelmäßiger Länge mit Schichten aus kurzen Fasern gleicher oder fast gleicher Stapellänge zu kombinieren.

Demnach betrifft die Erfindung einen rollbaren Faserkörper aus Glasfasern und einem Binder, der gekennzeichnet ist durch einen Schichtenaufbau mit mindestens einer vorwiegend aus längeren und einer vorwiegend aus kürzeren Fasern gleicher oder vorwiegend gleicher Stapellänge bestehenden Schicht, über deren Querschnitt der Binder gleichmäßig verteilt ist.

Da das Stababziehverfahren Fasern ungleicher Länge erzeugt, war es natürlich bekannt, Faservliese und damit rollbare Faserkörper herzustellen, die verhältnismäßig lange und demgegenüber sehr viel kürzere Fasern im Querschnitt enthalten. Es war auch bekannt, zur Erhöhung der Zugfestigkeit, Bündel oder Stränge aus Glasfaden oder -fasern in Abständen auf der Oberfläche der Bahn (deutsche Patentschrift 977409) -oder auch innerhalb des Faserkörpers (deutsche Patentschrift 706 164) anzubringen. Demgegenüber wird bei der Herstellung eines Faserkörpers nach der Erfindung die Festigkeit einerseits und die Porosität andererseits durch die Abstimmung der Faserlängen in getrennten Schichten erzeugt und auf besondere, festigkeitssteigernde zusätzliche Verstärkungsmittel verzichtet, zumal diese den Nachteil haben, die die gute Porosität gewährleistende Verteilerstruktur der Fasern zu stärken.

Schließlich sind Matten oder Gewebe bekannt, die zur Vergütung der Oberfläche mit Vliesen oder Folien kaschiert wurden. Im Gegenstaz zu den Faserkörpern nach der Erfindung handelt es sich hier um einen in bezug auf die Homogenität des Endproduktes uneinheitlichen Körper, der aus schon vorgefertigten Schichten hergestellt wird. Solcherlei Matten oder Gewebe erfüllen nicht die Anforderungen des erfindungsgemäßen Faserkörpers in bezug auf gleichmäßiges Porenvolumen und homogenen Aufbau.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie in F i g. 1 veranschaulicht ist, wird zunächst eine sehr

ίο dünne Lage 1 von z. B. 0,02 bis 02 mm Stärke von sehr langen Stapelfasern als Grundschicht aufgebaut, wobei auf deren gleichmäßige Länge keine Rücksicht genommen werden muß. Auf die Schicht 1 wird, über die Breite verteilt, eine Vliesschicht 2 aufgetragen, deren Dicke mindestens 0,2 mm betragen soll und aus auf eine vorbestimmte Stapellänge von etwa 50 bis 150 mm geschnittenen Stapelfasern besteht. Auf diese Schicht wird einer der ersten Schicht gleiche oder ähnliche Lage 3 gleicher oder ähnlicher Stärke mit sehr langen Stapelfasern aufgetragen. Der gesamte »dreüagige« Faserkörper wird dann üblicherweise mit Bindemittel ausgerüstet, getrocknet und aufgespult.

Die den Faserkörper nach der Erfindung aufbauenden Schichten bzw. Lagen 1, 2 und 3 ergeben, bedingt durch die Herstellungsweise des Gesamtkörpers und infolge der faserigen Struktur der einzelnen Lagen, einen einheitlichen Körper, dessen Schichtaufbau nach der Herstellung auch beim Biegen oder Rollen nicht mehr in Erscheinung tritt. In der Zeichnung, die selbstverständlich als ganz schematisch anzusehen ist und deren Maßstab mit Rücksicht auf eine übersichtliche Darstellung verzerrt ist, soll diese Tatsache durch die Überstände der Schraffur, z.B.

bei 4 in F i g. 1, verdeutlicht werden.

Die möglichen und im Rahmen der Erfindung liegenden Variationen ergeben sich in erster Linie aus dem Verwendungs- bzw. Einsatzzweck. So können z.B. bei einem Faserkörper nach Fig. 2 auch die Zwischenschicht 5 aus ungleichmäßig langen Fasern die Festigkeit und die Ober- und Unterschicht 6 bzw. 7 aus im Verhältnis hierzu kurzen Fasern gleicher Länge die Gleichmäßigkeit abgeben. Für andere Einsatzzwecke wiederum können zweischichtige Faserkörper mit einer Grundlage 8 aus vorwiegend langen und einer Decklage 9 aus vorwiegend kurzen Fasern genügen (Fig. 3). Ebenso können, wie F i g. 4 zeigt, bei Faserkörpern mit mehr als zwei Schichten die Decklagen 10 und 11 verschiedene Dicke aufweisen. Schließlich kann man für die Lage aus kurzen Fasern nicht nur Abfallfasern, sondern gegebenenfalls auch eine Mischung mit anderen billigen Mineralfasern, z. B. aus Schlacke od. dgl. einsetzen.

Ein z.B. nach den Fig. 1 bis 4 aus Schichten aufgebauter, nach seiner Herstellung aber nicht laminierter, sondern einheitlicher Faserkörper; besitzt jene von unregelmäßigen langen Fasern herrührenden Eigenschaften eines sehr zugfesten Vlieses und von den einheitlich kurzen Fasern her eine große Saugfähigkeit.

Außerdem wird durch den »schichtweisen Aufbau« der Hang des Vlieses, starke Runen in der Querrichtung zu bilden, dadurch wesentlich verringert, daß die Stapelfasern der »einzelnen Lagen« verschiedene Längen besitzen, und deshalb werden sich nicht so leicht zufällig nebeneinanderliegende Faserendpunkte zu einer Querrune verbinden. Tritt dies aber

trotzdem ein, so sorgt der Anteil an kurzen Fasern für einen kleineren Abstand der Querrune und damit für eine wesentlich schwächere Ausprägung.

Die Vorteile eines derart aufgebauten Faserkörpers sind im Hinblick auf den Verwendungszweck mannigfaltig. Man kann diesen z. B. zur Herstellung von Korrosionsschutzbinden, Glasvlies-Dachbahnen usw. verwenden, da auch hier Faserkörper benötigt werden, deren Fasern sehr gleichmäßig über die Breite verteilt sind und die auch die nötige Zugfestigkeit besitzen, damit sie bei der Beschichtung mit Bitumen, Teeren oder Pechen auf der Dachpappenmaschine oder auf der Stahlrohrwickelmaschine den auf sie einwirkenden Kräften standhalten. Die hohe Gleichmäßigkeit des Faserkörpers im Querschnitt ergibt ein gleichmäßigeres Saugvermögen für bituminöse Massen, was vor allen Dingen bei der als Rohglasvlies verarbeiteten Stahlrohrbandage sehr wichtig ist. Eventuell auftretende Spannungen können sich in dem relativ kurzfaserigen mittleren Fasergefüge besser ausgleichen.

Bei höchsten Wickelgeschwindigkeiten muß der Faserkörper porös, aber auch höchst gleichmäßig sein, damit das mit der Wickelmaschine gleichzeitig aufgetragene Bitumen schnell und gleichmäßig durch den Faserkörper dringt, um die nächste Lage, die meist aus einem sogenanten Outer Wrap besteht, d.h. einem bituminierten Glasvlies, mit dem durch die Unterlage durchgesickerten Bitumen fest mit dieser zu verkleben.

Das gleiche gilt bei der Verarbeitung mit irgendwelchen Kunststoffen, z.B. die Beschichtung eines Faserkörpers auf Streichmaschinen oder Spritzmaschinen, zur Herstellung von durchsichtigen Lampenschirmen oder sonstigen Dekorations- und Bauteilen. Auch hier werden höchste Ansprüche an die Gleichmäßigkeit des Fasergefüges gestellt, damit im durchscheinenden Licht die Einlage durch Auftreten von hellen und dunklen Stellen (Verdickungen im Faserkörper) nicht unschön hervortritt. Ebenso verlangt häufig die Herstellung von nicht durchsichtigen Folien für irgendwelche Einsatzzwecke ein sehr gleichmäßiges Fasergefüge, weil dadurch die Harzaufnahme konstant und gleichmäßiger gehalten wird, denn bei gleichmäßiger Stärke des Faserkörpers und gleichmäßiger Saugfähigkeit über dessen Breite tritt zwangläufig auch eine sehr gleichmäßige Verteilung des Kunststoffes im Endprodukt ein.

Dadurch, daß Fasern kürzerer Stapellänge eingesetzt werden können, können solche Faserkörper billig und rationell hergestellt werden. Eine Verbilligung ergibt sich auch dadurch, daß Glasfaservliese aus kurzen Stapelfasern, die bisher nicht die nötigen Festigkeiten besaßen, diese nur durch den Zusatz von verteuernden Verstärkungsmaterialien erhalten konnten. Diese Verstärkungsmaterialien aber hatten den Nachteil, daß sie die Zugkräfte nur in einer Richtung erhöhen konnten und in bezug auf Porosität, Gleichmäßigkeit und Dehnungsfähigkeit verschlechternd wirkten, d. h. unhomogene Vliese lieferten.

Eine weitere Eigenschaft der bisher hergestellten Glasfaservliese sind Dehnungswerte, die 2% nicht übersteigen. Nachdem für besondere Einsatzgebiete oft dehnfähigere Glasvliese benötigt werden, bietet sich hier die Möglichkeit, Faserkörper höherer Dehnung durch die im Durchschnitt kürzere Stapelfaserlänge herzustellen.

Häufig werden Vliese oder Matten verlangt, die bei niedrigem Gewicht ein verhältnismäßig großes Volumen haben sollen, und auch hier gibt die Lehre nach der Erfindung die Möglichkeit, ohne Verlust an Festigkeit das Verhältnis Volumen zu Gewicht beliebig zu variieren. Dabei soll »großes Volumen« nicht in erster Linie soviel wie »dicke Matte«, sondern soviel wie »mehr Körper« innerhalb der für Vliese u. dgl. Faserkörper bekannten Grenzen bedeuten. Schließlich gestattet der schichtenweise Aufbau auch eine Zwischentränkung oder Beschichtung mit Korrosionsschutz- oder Kunststoffen, ja sogar das Einstreuen eines entsprechenden Pulvers oder Granulats zwischen die Lagen, das erst bei der nachfolgenden Erhitzung im Ofen erweicht und das Fasergefüge durchdringt.

Zu letzterer Art der Behandlung mit einem Bindeoder Tränkmittel eignen sich die herkömmlichen und bekannten Vliese nicht, da das Fasergefüge zu porös ist, so daß ein großer Teil des pulverförmigen Binders ungenutzt durch das Vlies hindurchrieselt. Auch dieser Nachteil wird bei einem erfindungsgemäßen Faserkörper mit einer mittleren Kurzfaserschicht behoben, da hier die Fasermenge dichter liegt und somit das pulverförmige Bindemittel aufnimmt.

Eine weitere Verbesserung gegenüber vorbekannten Vliesen läßt sich dadurch erzielen, daß man nach F i g. 5, die eine Übersicht auf einen erfindungsgemäßen Faserkörper mit von rechts nach links nacheinander abgehobenen Lagen zeigt, die vorherrschende Faserrichtung der vorwiegend aus längeren Stapelfasern bestehenden Schichten in an sich bekannter Weise (z. B. deutsche Patentschrift 706 164) im Winkel zueinander vorsieht, etwa dergestalt, daß die Fasern der einen Schicht 12 vorwiegend in Längsrichtung des Faserkörpers liegen, während die der anderen Schicht 13 vorwiegend quer zur Längsausdehnung des Faserkörpers angeordnet sind.

Die Erfindung gestattet es schließlich, die Festigkeit, vor allem aber auch die Porosität und damit Saugfähigkeit eines Faserkörpers in jene Lage im Querschnitt zu bringen, wo es im Hinblick auf den Verwendungszweck des Endproduktes oder die Art der Herstellung desselben besonders zweckmäßig ist. So wird es z.B. bei der Herstellung eines Körpers, dessen Faserträger mit einer verhälnismäßig dünnflüssigen und weniger zähen Masse getränkt wird und bei dem eventuelle Ablösungen einzelner Fasern auf den Oberflächen nicht allzu störend empfunden, dagegen Wert auf eine feste Einlage im Inneren gelegt wird, zweckmäßig sein, den Körper entsprechend Fig. 2 aufzubauen, während bei der Tränkung mit einer mehr zähflüssigen Masse es darauf ankommmt, gerade in der Mitte des Faserkörpers eine gute Porosität zur Aufnahme der Tränkmasse zu haben. Der dann in Frage kommende Aufbau z.B. nach F i g. 1 hat außerdem den Vorteil, daß die aus längeren Fasern ungleichmäßiger Länge bestehenden Decklagen beim Tauch- oder Beschichtungsvorgang die Ablösung einzelner Fasern aus den Oberflächen weniger wahrscheinlich werden läßt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rollbarer Faserkörper aus Glasfasern und einem Binder, gekennzeichnet durch einen Schichtenaufbau mit mindestens einer vorwiegend aus längeren und einer vorwiegend aus

kürzeren Fasern gleicher oder vorwiegend gleicher Stapellänge bestehenden Schicht, über deren Querschnitt der Binder gleichmäßig verteilt ist.

2. Rollbarer Faserkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzfaserige Schicht zwischen zwei Langfaserschichten angeordnet ist.

3. Rollbarer Faserkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfaserschicht zwischen zwei Kurzfaserschichten angeordnet ist und dünner als die Kurzfaserschicht ist.

4. Rollbarer Faserkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Länge der Fasern der Langfaserschicht von 250 bis 1250 mm beträgt und die eingestellte Stapellänge für die Kurzfaserschicht zwischen 50 und 150 mm liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 511455, 639 505,
ίο 706164;

österreichische Patentschrift Nr. 187 640.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen