DE2758671A1

DE2758671A1 - Leichte faserbahn mit anorganischen fasern

Info

Publication number: DE2758671A1
Application number: DE19772758671
Authority: DE
Inventors: Bernard William Conway; Nelson Leroy Fegley; James Moran
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1978-07-27
Also published as: ES466375A1; BR7800447A; SE443590B; DE2758671C2; NL177429C; LU78923A1; JPS5394658A; CA1068144A; AR218653A1; DK156228B; BE863133A; IT1093274B; IN147911B; FR2378889B1; AU3264878A; FI63452C; NO780246L; DK28378A; SE7800720L; GB1543305A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf naß aufgelegtes Blattmaterial mit anorganischen Fasern und insbesondere auf eine neue, verbesserte anorganische Faserbahn von geringem Gewicht, hergestellt auf Papiermaschinen von Produktionsgrösse.

Anorganische, fasrige Bahnmaterialien, wie Glasfaserpapiere, werden bereits eine ganze Weile hergestellt, haben den Papierhersteller aber ständig vor besondere Probleme gleichförmiger Faserverteilung gestellt. In diesem Zusammenhang ist in der Fachwelt anerkannt, daß Gleichförmigkeit der Faserverteilung vor der Blatt- oder Bahnbildung untrennbar an gleichförmige

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Faserbildung innerhalb des entstehenden Bahnmaterials gebunden ist. Aufgrund der mit der Erzielung der notwendigen gleichförmigen Fasersuspension verbundenen Schwierigkeiten hatten die erhaltenen anorganischen Faserbahnen mit Fasern von geringem Durchmesser ein hohes Flächengewicht, d.h. etwa 50 g/m³ und darüber, da die schwereren Materialien dick genug waren, um die ungleichförmigen Eigenschaften der anfallenden Faseranordnung zu maskieren. Beim typischen Papiernaßverfahren sind die Fasern Glasfasern mit einem Durchmesser im um-Bereich und werden dem Dispersionsmedium in Form von von kontinuierlichen Vielfach-Glasseidensträngen geschnittenen Bündeln zugeführt. Das Dispersionsmedium ist gewöhnlich eine wässrig-saure Lösung und kann etwas viskos sein, um die Dispersion und Isolierung der einzelnen Fasern innerhalb des Vielfach-Faserbündels zu fördern und zu erhalten. Die Fasern im Dispersionsmedium werden in einem Holländer gerührt oder bewegt, um die Bündel aufzutrennen, und dann wird das Material in Aufbewahrungsbehälter überführt, die herkömmliche Mischeinrichtungen enthalten, um die Fasern in dem gewünschten Suspensionszustand zu halten. Wie man sich denken kann, führt ungenügendes Rühren beim anfänglichen Dispergieren der Fasern zu unvollständiger Trennung der Glasfasern, und in dem erhaltenen kontinuierlichen Bahnmaterial sind Faserbündel zu erkennen.

In den letzten Jahren sind längere Glasfasern als für die herkömmliche Papierherstellung, nämlich Fasern mit einer Länge zwischen etwa 0,63 und 2,54 cm und darüber verwendet worden. Wurden jedoch diese Fasern nach bislang bekannten Techniken dispergiert, hat sich gezeigt, daß die Einzelfasern dazu neigten, sich im Holländer und in den Aufbewahrungsbehältern zu verschlingen und nicht leicht erneut dispergiert werden konnten, was zu Klumpen öder Zusammenballungen oder anderen Unregelmäßigkeiten im Bahn- oder Blatterzeugnis führte. Auch wurde festgestellt, daß sich die langen Glasfasern wieder zur Bildung von Faserbündeln aneinanderlagerten, die die Anordnung eines Heuhaufens oder einer Spin-

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ne zeigten. Wenngleich diese "Heuhaufen" in schweren Materialien und für bestimmte Anwendungszwecke hingenommen werden können, wo das ästhetische Erscheinungsbild des Blatt- oder Bahnmaterials nicht von Bedeutung ist, werden sie doch als Hauptnachteile bei leichten Materialien und für solche Anwendungszwecke angesehen, wo die Glasplatte einen Oberflächenschleier zeigt oder eine glatte Oberfläche einer verstärkten Kunststoffstruktur bieten soll.

Die dickeren, schweren Platten wurden in Vinyl-Bodenfliesen und dergleichen verwendet, um zu Dimensionsstabilität zu führen. Doch hat das schwere Glasmaterial mäßige Harzeindringeigenschaften und deshalb mäßige Laminatbildung, was zu einer Tendenz dieser Fliesen zum Auseinandergehen der Laminate führt. Dünne, leichte, handgeschöpfte Platten mit guter Faserverteilung können bei geeigneten Vorsorgemaßnahmen einzeln hergestellt werden. Doch wurde die gleichförmige Faserverteilung, die notwendig ist, um die visuell wahrnehmbaren Dichte Schwankungen, die als "Wolken oder Trübungseffekt" bezeichnet werden, zu beseitigen, gekoppelt mit beträchtlicher Senkung isolierter Faserbündel oder "Heuhaufen", auf kontinuierlichen Papierherstellungsmaschinen bei der Herstellung leichten Glasfaserbahnmaterials nicht erreicht.

Bei der kontinuierlichen Papierherstellung im Produktionsmaßstab wird Langfaser-Bahnmaterial typischerweise aus sehr verdünnten Fasersuspensionen unter Verwendung einer Schrägsieboder ähnlichen Papiermaschine hergestellt. In einer solchen Maschine wird ein herkömmlicher Stoffauflauf-Kasten des offenen Typs von ausreichendem Volumen verwendet, um für die Bahnbildungszone eine ruhige und verhältnismäßig spannungsfreie Flüssigkeit zu schaffen. Der Vorteil eines solchen Stoffauflauf-Kastens besteht darin, daß in ihm genügend Zeit zum Freisetzen von Luftblasen aus der Fasersuspension vor der Bahnbildung besteht. Diese Lösung eines erwünschtermaßen ruhigen und spannungsfreien Fluids hat jedoch für Suspensionen mit langen Glasfasern einen entscheidenden Nachteil. Es

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hat sich gezeigt, daß, wenn die Luftblasen im Stoffauflauf-Kasten freigesetzt werden, sie leicht die Bildung von Faser-"Heuhaufen" zulassen und sogar fördern. Die Blasen tragen diese Faserbündel an die Oberfläche und lassen sich an der Oberfläche des Bahnmaterials im Augenblick von dessen Bildung abscheiden. Dies führt nicht nur zu einem unannehmbaren Blatt- bzw. Bahnmaterial unter dem Gesichtspunkt der visuellen Erscheinungsform, sondern ruft auch ein unregelmäßiges und rauhes Oberflächengefühl hervor, das durch einfaches Führen einer Hand über die Oberfläche des Blattmaterials leicht nachweisbar ist.

Die Erfindung schafft ein neues und verbessertes Bahnmaterial mit langen Glasfasern von extrem leichtem Gewicht, doch gleichförmiger Faserbildung, hergestellt auf einer Papiermaschine im Produktionsmaßstab. Sie stellt ein neues und verbessertes Glasfaser-Bahnmaterial der beschriebenen Art zur Verfügung, das visuell wahrnehmbare, insgesamt gleichförmige Faserverteilung und ein Minimum an Einzelfaserbündel-Fehlern zeigt. Ein solches Glas-Bahnmaterial kontinuierlicher Länge ist praktisch frei von sichtbaren "Trübungseffekt"-Faserdichte-Schwankungen.

Die Erfindung führt zu einem leichten Glasfasermaterial, das verbesserte ästhetische und physikalische Eigenschaften zeigt und das Material für die Verwendung in verstärkten Kunststoff-Filmen, Fliesenplatten und dergleichen gut brauchbar macht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch ein kontinuierlich, maschinell hergestelltes leichtes anorganisches Faser-Bahnmaterial aus anorganischen Fasern mit einem Durchmesser im μπ\- Bereich und einer Faserlänge von etwa 0,63 cm oder darüber und einer kleineren Menge eines Binders für die anorganischen

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Fasern. Das Bahnmaterial hat ein Flächengewicht von etwa 5 bis 30 g/m² und zeigt eine Einzel-Faserbündel-Fehlerzahl von weniger als 10 auf 9,3 m³. Ferner zeigt die Bahn eine visuell wahrnehmbare, insgesamt gleichförmige Faserverteilung, im wesentlichen frei von "Trübungseffekt"-Faserdichte-Schwankungen.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden näheren Beschreibung und der Zeichnung, wobei das erfindungsgemäße Erzeugnis die Merkmale, Eigenschaften und den Zusammenhang von Elementen besitzt, wie sie hier beschrieben und beispielhaft erläutert sind.

Die einzige Zeichnung zeigt ein Blockdiagramm einer zur Bildung des erfindungsgemäßen leichten Bahnmaterials bevorzugt angewandten Technik.

Wie zuvor erwähnt, besteht ein Hauptfaktor zur Erzielung der gewünschten gleichförmigen Faserverteilung in dem anfallenden Blatt- oder Bahnerzeugnis im Erreichen einer vollständigen, gleichförmigen Fasersuspension der Glasfasern im Dispersionsmedium und im Zuführen der intakten Dispersion zum Bereich der Bahnbildung. So wird aus Gründen der Klarheit der Beschreib bung und des leichteren Verständnisses das erfindungsgemäße Glasbahn-Material in Verbindung mit der bevorzugten zur Herstellung angewandten Technik oder Methode beschrieben.

Zahlreiche Faktoren beeinträchtigen die Qualität einer wässrigen Faserdispersion und ihr Zuführvermögen zur Blattbildungszone einer Papiermaschine. Hierzu gehören die Art der Faser, einschließlich der Faserzurichtung und des Zustandes der für die Faserzufuhr verwendeten Fadenstränge, das Schneiden, die Zusammensetzung und Eigenschaften des Dispersionsmediums, die Leistung der Misch- oder Dispergiervorrichtung und die Behandlung des Faserausgangsmaterials nach dem Verlassen der Dispersionsvorrichtung· Obgleich jeder dieser Faktoren wichtig ist, hat es sich erfindungsgemäß gezeigt, daß ein erheblicher und bedeutender Faktor die Verweilzeit der Fasern innerhalb des ·

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Systems zwischen dem Punkt ist, an dem sie in die Dispergiervorrichtung gelangen und dem Punkt, an dem sie aus der Dispersion an der Bahnbildungszone der Papiermaschine entnommen werden. So wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß die besten Ergebnisse durch völliges Weglassen der bislang verwendeten Aufbewahrungsbehälter und durch Verwendung einer in die Stoffleitung eingebauten Dispergiervorrichtung anstelle der in der Vergangenheit verwendeten Ansatzmischer erzielt werden. Im Zusammenhang mit dem Weglassen der Aufbewahrungsbehälter steht die sofortige Zufuhr der dispergierten Fasern zu einer Verdtinnungsstation und die Verwendung eines glatten Stoffauflauf-Kastens mit geringem Volumen, gekennzeichnet durch hohe Turbulenz und hohe Materialgeschwindigkeit. In einem solchen System erfolgt der Strom der Fasersuspension von der Dispergiervorrichtung zur Blattbildungszone der Papiermaschine innerhalb von wenigen Sekunden, und die Verweilzeit in der Dispergiervorrichtung ist ein die Zeit für den Durchgang der Glasfasern durch das System steuernder Hauptfaktor. Eine solche Zeitsteuerung ist wichtig, da es sich gezeigt hat, daß optimale Dispersion langer Glasfasern relativ rasch erreicht wird, d.h. innerhalb etwa 1 bis 10 min, und in dem am gleichförmigsten dispergierten Zustand nur 4 bis 5 min gehalten wird. Danach neigen die Glasfasern wieder zur Ansammlung, hängen aneinander oder bilden die unerwünschten "Heuhaufen" oder die zuvor erwähnten Vielfaser-Bündel. Es wird natürlich erkennbar, daß das Naßpapier-Verfahren ein dynamisches System ist, das durch zahlreiche andere Bedingungen oder Faktoren innerhalb des Systems beeinträchtigt oder beeinflußt wird, wie die Viskosität des Dispersionsmediums, die Faserkonsistenz, die Geschwindigkeit, mit der die Fasern der Dispergiervorrichtung zudosiert werden,und zahlreiche andere Verfahrensveränderliche. Folglich wird die genaue Verweilzeit von diesen verschiedenen Bedingungen oder Faktoren abhängen. Beste Ergebnisse wurden jedoch mit gesteuerten Verweilzeiten in der Dispergiervorrichtung von weniger als 10 min und im allgemeinen Von etwa 1 bis 7 min erzielt. Ein annehmbarer Arbeitsbereich fällt zwischen

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etwa 2 und 6 min, während die bevorzugte Verweilzeit etwa 2,5 bis 5 min beträgt.

Wenngleich als erfindungsgemäß zu verwendende anorganische Fasern im wesentlichen alle herkömmlichen anorganischen Materialien, die in Faserform im Handel erhältlich sind, wie Asbest, Mineralwolle und dergleichen, verwendet werden können, werden Glasfasern im allgemeinen bevorzugt. Die Glasfasern variieren beträchtlich in der Dicke, obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform die Faserdurchmesser im gröberen Faserbereich, wie zwischen etwa 5 und 15 μΐη, liegen. Natürlich können für besondere Anwendungszwecke auch Fasern mit etwas feinerem oder gröberem Durchmesser verwendet werden. Die Glasfasern stellen den Hauptanteil des Fasergehalts dar, vorzugsweise soviel wie möglich von diesem. So sind etwa 85 bis 90 % oder mehr der Fasern innerhalb der Blatt- oder Bahnstruktur anorganisch, und vorzugsweise Glasfasern. Wie hier beispielhaft angegeben, können Gemische verschiedener Arten und Grossen von Glasfasern verwendet werden, oder die Bahn bzw. das Blatt kann aus nur einer einzigen Art und Größe von Glasfasern hergestellt sein.

Aufgrund der Art bevorzugt verwendeter Glasfasern ist es im allgemeinen wünschenswert, einen Binder in dem anorganischen Bahnmaterial vorzusehen. Wenngleich ein Binder als verdünnte Lösung zur Anwendung gelangen kann, nachdem die Bahn hergestellt ist, oder in die Faserzufuhr als Teil des Dispersionsmediums eingearbeitet sein kann, werden im allgemeinen bevorzugt Binderfasern geschaffen, die bis zu etwa 10 bis 15 % des Gesamtfasergehalts und vorzugsweise etwa 5 bis 10 % ausmachen. Zahlreiche Binderfasern können mit guten Ergebnissen verwendet werden, darunter haben sich Polyvinylalkoholfasern als überlegene Ergebnisse hinsichtlich des Besprühens mit Klebern und dergleichen nach der Bildung liefernd erwiesen. Die Binderfasern verbessern auch die Handhabungseigenschaften der Bahn durch die Papiermaschine hindurch. Vorzugsweise werden die Fasern in der Trockenpartie der Maschine aktiviert oder wenig-

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stens weich gemacht, um das Bahnmaterial mit der gewünschten strukturellen Vollständigkeit zu versehen.

Die Binderfasern werden der Fasersuspension vorzugsweise während oder nach dem Verdünnen der Faserkonsistenz und vor dem Überführen der Suspension in den Stoffauflauf-Kasten der Papiermaschine zugesetzt. So können die Polyvinylalkohol-Fasern, die als Binderkomponente der Faserbahn wirken, mit einer Flügelpumpe mit einstellbarer Drehzahl in Strömungsrichtung gesehen hinter der Verdünnungsstufe bequem zugesetzt werden, ohne mit der Dispersion der Glasfasern in dem gleichförmig dispergierten Faserausgangsmaterial störend in Wechselwirkung zu treten. Wenn gewünscht, können nachfolgend Leimpressenbehandlung oder andere Binderbehandlungen angewandt werden, in Abhängigkeit von der speziellen Endverwendung, für die das Bahnmaterial vorgesehen ist.

Speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnung hat es sich bei der bevorzugten Technik als wünschenswert erwiesen, lange Glasfasern gesteuert oder dosiert zuzuführen, um die besten Faserdispersionseigenschaften zu erreichen. Die Fasern werden vorzugsweise mit einer gewählten Geschwindigkeit in eine kontinuierlich arbeitende, in die Leitung eingebaute Dispergiervorrichtung dosiert und aus dieser direkt der Verdünnungsund Blattbildungszone der herkömmlichen Papiermaschine zugeführt. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit, die dispergierten Fasern in einer Materialbütte oder einem anderen Aufbewahrungsbehälter zu halten, sowie die sich daraus ergebende Verschlechterung der Dispersionsqualität. Zudem ist es ein Vorteil der Erfindung, daß die kontinuierliche Dispergierausstattung verhältnismäßig einfachen Aufbau aufweist und wenig kostspielig ist, verglichen mit einer herkömmlichen Ausrüstung zur Herstellung des Ausgangsmaterials. Wenn gewünscht, können die Fasern vorgeschnitten und mit einer Trockenfaser-Dosiereinrichtung zugeführt werden, oder sie können als kontinuierliche Stränge zugeführt und so geschnitten werden, wie sie der in die Bahn eingebauten Dispergiervorrichtung zu-

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geführt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Schneidvorrichtung am Einlaß zur Dispergiervorrichtung vorzusehen, so daß Glasstränge kontinuierlicher Länge von Spulen zugeführt und für die unmittelbare Zufuhr zur Dispergiervorrichtung geschnitten werden können.
Diese Zufuhr kontinuierlicher Fasern liefert ausgezeichnete Steuerungsmöglichkeit sowohl der Faserlänge als auch der Geschwindigkeit, mit der die Fasern der Dispergiervorrichtung zugeführt werden. Außerdem ermöglicht dies Flexibilität, indem es die Verwendung verschiedener Faserlängen und eine Regelung der Faserlängen erlaubt.

Werden vorgeschnittene Fasern verwendet, ist es möglich, die Faserzufuhrgeschwindigkeit zur Dispergiervorrichtung zu
steuern, indem ein Wiegeband oder dergleichen zwischen der
Trockenfaser-Dosiereinrichtung und der Faserdispergiervorrichtung verwendet wird, wobei die Trockenfaser-Dosiereinrichtung als Vorzufuhreinrichtung wirkt, bei der die Geschwindigkeit durch ein Signal von dem Wiegeband moduliert
und gesteuert wird, um die gewünschte Zufuhrgeschwindigkeit der Fasern zu erreichen.

Die als Dispersionsmedium verwendete Flüssigkeit wird auch
dem Einlaß der Dispergiereinrichtung zugeführt, um darin die gewünschte Faserkonsistenz zu liefern. Diese Flüssigkeit ist eine wässrig-saure Lösung, die ein geeignetes Mittel zum
Steuern der Viskosität des Dispersionsmittels enthalten kann. So wird nach einer bevorzugten Ausführungsform eine wässrige Lösung verdünnter Schwefelsäure mit einem pH zwischen 2 und 4 und einer ausreichenden Menge eines die Viskosität gestaltenden Mittels verwendet. Typischerweise entwickelt die Lösung eine Viskosität zwischen etwa 5 und 20 cP. Das viskositätsgestaltende Mittel kann ein natürliches oder synthetisches Material oder deren Gemische sein. Die Mittel sind vorzugsweise wasserlösliche Materialien, wie Harze oder natür-

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liehe Kautschuke, die allein oder in Kombination mit anderen Materialien verwendet werden können, um die gewünschte Viskosität zu liefern. Beispiele für natürliche Gum-Materialien sind Johannesbrot- und Guar-Gum-Derivate. Von diesen werden die Guar-Gum-Derivate vorgezogen, und ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit einer wässrigen Lösung eines handelsüblichen (von der General Mills Company unter der Bezeichnung Gendriv vertriebenen) Guar-Gum-Derivats erhalten. Zusätzlich zu den natürlichen Viskositätsreglern ist es auch möglich, synthetische Materialien, wie höher-molekulare Harze, Dispersionsmittel, grenzflächenaktive Mittel und dergleichen zu verwenden, um die Eigenschaften des Dispersionsmediums zu steuern. Diese synthetischen Materialien sind vorzugsweise wasserlöslich und in der für die Glasfasern verwendeten sauren Umgebung stabil. Unter den synthetischen Viskositätsreglern sind bevorzugte Harze Polyacrylamidpolymere, die in verdünnten wässrigen Lösungen bei geringer Konzentration (z.B. 0,025 bis 0,2 %) verwendet werden können, um die gewünschte Viskositätskontrolle zu bieten. Typisch für solche Materialien ist das unter der Bezeichnung Separan AP-30 (Dow Chemical Company) und unter Cytarne 5 (American Cyanamide Company) vertriebene Polyacrylamidharz.

Das viskose Dispersionsmedium wird verwendet, da es verhindert, daß sich die Fasern während des Dispersionsvorgangs verwirren, und dazu beiträgt, die Fasern während des Durchgangs der Suspension durch die Dispergiervorrichtung in ihrem dispergierten Zustand zu halten. Die Viskosität der Lösung wird erkennbar die erforderliche Verweilzeit beeinträchtigen und muß auf die jeweils speziell verwendete Faser und Faserkonsistenz eingestellt werden. Ein Medium von hoher Viskosität und eine kurze Verweilzeit könnten zu einem nicht ausreichend dispergierten Fasermaterial führen, während geringe Viskosität und eine lange Verweilzeit zum "Uberdispergieren" und zur Bildung von "Heuhaufen" und anderen größeren Unzulänglichkeiten führen könnte. Eine Viskosität im Bereich von etwa 5 bis 10 cP und eine Verweilzeit von etwa 2,5 bis 5,0 min hat sich

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als zu guten Dispersionsergebnissen führend erwiesen. Natürlich können auch andere Zusätze, wie Dispersionshilfsmittel, z.B. grenzflächenaktive Mittel, wie Natriumhexametaphosphat (im Handel unter der Bezeichnung Calgon) dem Dispersionsmedium zugesetzt werden, um die gewünschte Kontrolle über die dispergierten Fasern zu erreichen und dazu beizutragen, die Rekombination von Fasern zu unerwünschten Haufen-anordnungen oder Knäueln zu verhindern.

Wie erwähnt, wurde gefunden, daß die Fasern in dem Dispersionsmedium recht schnell dispergiert werden und innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit einen Spitzenprozentsatz an dispergierten Fasern erreichen, worauf die Fasern dazu neigen, leicht aneinander zu hängen oder gebunden zu sein, um die unerwünschten "Heuhaufen" oder Knäuel zu bilden. So ist es nach dem Erreichen optimaler Dispersion wünschenswert, das Rühren für eine begrenzte Zeitdauer beizubehalten und die Verweilzeit der Fasern in der Dispergiervorrichtung so zu steuern, daß längeres Rühren vermieden wird. In diesem Zusammenhang wurde auch gefunden, daß selbst nach dem Erreichen optimaler Dispersion bei der gewünschten Verweilzeit die Rühreinrichtungen innerhalb der Dispergiervorrichtung nicht ohne Schaden für die Qualität der Dispersion abgeschaltet werden können. Natürlich wird die Oberflächenbehandlung der Fasern deren Fähigkeit zum überstehen einer verlängerten Verweilzeit beträchtlich beeinflussen. Für die meisten der derzeit im Handel erhältlichen Glasfasern jedoch wurde gefunden, daß die optimale Verweilzeit zwischen 2,5 und 5 min liegt, wenn mit einem Dispersionsmedium einer Viskosität von etwa 5 bis 10 cP und einem pH von etwa 2 bis 3 bei einer Temperatur der Lösung von etwa 27 bis 38 ⁰C und einer Faserkonsistenz von etwa 0,3 bis 1,0 % gearbeitet wird.

Vorzugsweise sollte die Dispergiervorrichtung von der Art sein, die eine verhältnismäßig glatte innere Oberfläche aufweist und frei ist von Kanten oder Oberflächen, an denen die langen Glasfasern oder -fäden sich verhaken oder hängen'blei-

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ben. Die Dispergiervorrichtung kann jedoch aus einer Vielzahl von Misch- oder Dispergierstationen oder -kammern mit kontinuierlichem Strom direkt von Station zu Station bestehen, um die gewünschten Verweilzeit-Eigenschaften zu ergeben.

Die besondere Gestaltung der Dispergiervorrichtung kann natürlich variieren, solange sie die gewünschte Funktion der Trennung der einzelnen Fasern öder Fäden aus den ihr zugeführten Bündeln erfüllt und eine gleichförmige Dispersion der Einzelfasern bildet, während die Faserdispersion durch die Dispergiervorrichtung innerhalb der gewünschten Verweilzeit geführt wird. Die Fasern werden dem durch die Dispergiervorrichtung strömenden Dispersionsmedium zudosiert, um die gewünschte Faserkonsistenz zu liefern. Gewöhnlich ist die Konsistenz wesentlich höher als die Faserkonsistenz im Stoffauflauf-Kasten, und zwar um einen Faktor von 10 bis TCK). {fach der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Faserkonsistenz weniger als 2 % und liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,3 bis 1,3 % mit einem bevorzugten Bereich von etwa 0,5 bis 0,9 %.

Wie zuvor erwähnt, bewegt sich die Faserdispersion rasch von der Dispergiervorrichtung zur Blattbildungszone der Papiermaschine und erreicht in der Tat das Papiermaschinensieb innerhalb weniger Sekunden nach dem Verlassen der Dispergiervorrichtung. Während dieser Zeit jedoch wird die Faserkonsistenz der Dispersion so eingestellt, daß das Fasermaterial stärker verdünnt wird. Dies kann erreicht werden, indem die Dispersion einem getrennten Durchström-Mischbehälter zugeführt wird, wo sie mit dem Sieb- oder Abwasser-Hauptstrom vom Bahnbildungsvorgang gemischt wird. Die Faserkonsistenz wird von einem Wert von 0,3 bis 1,2 % auf einen Wert von etwa 0,005 bis 0,05 % verdünnt. So ist die Verdünnung ersichtlich größer als 10:1 und gewöhnlich 15 bis 25:1, um die stark verdünnte Fasersuspension zu liefern, die dem Stoffauflauf-Kasten der Papiermaschine zugeführt wird.

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Wie in der Zeichnung angedeutet, ist der erfindungsgemäß verwendete Stoffauflauf-Kasten anders als der offene Stoffauflauf-Kasten herkönunlicher Papiermaschinen mit geneigtem Sieb und weist eine glatte Umrißlinie und ein vermindertes Volumen auf, so daß die stark verdünnte Fasersuspension rasch durch den Stoffauflauf-Kasten zur Bahnbildungszone fließt. Der Stoffauflauf-Kasten mit dem verminderten Volumen und der glatten Umrißlinie erhöht nicht nur die Durchlaufgeschwindigkeit der Fasersuspension, sondern auch den Grad der statistischen Turbulenz unmittelbar über der Bildungszone. Der erhöhte Turbulenzgrad verhindert ein Ansammeln von Schaumund Fasermassen, die sonst an die Oberfläche schwimmen und Knäuel oder andere Fasermängel hervorrufen würden. Die Strömungskontrolle der verdünnten Faserdispersion kann nach einem geeigneten Mechanismus hierfür, wie eine Flügelpumpe mit variabler Drehzahl, erreicht werden, vorausgesetzt jedoch, daß die Pumpe eine glatte Bauweise aufweist und frei von Elementen ist, die in der Strömung Wirbel hervorrufen oder anderweitig Faserverwirrungen auslösen würden. So verhindert der erfindungsgemäß verwendete Stoffauflauf-Kasten, daß die Faserdispersion längere Zeit gehalten wird, wodurch verhindert wird, daß die dispergierten Fasern rekombinieren und Mängel in der Bahn- bzw. Blattstruktur bilden.

Die folgenden Beispiele dienen dem besseren Verständnis und der weiteren Veranschaulichung der Erfindung, ohne sie hierauf zu beschränken. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile auf das Gewicht.

Beispiel I

Mit einer Papiermaschine von Produktionsgröße wurde ein leichtes Glasfaser-Bahnntaterial hergestellt. Glasfasern mit einem Faserdurchmesser von 9 um wurden von von Spulen zugeführten Glasseidensträngen auf eine Länge von 1,27 cm geschnitten. Die geschnittenen Fasern wurden direkt in eine eingebaute Dis-

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pergiervorrichtung mit 0,454 kg/min zugeführt. Die eingebaute Dispergiervorrichtung hatte eine Kapazität von 379 1 und wurde mit einem Durchsatz von 114 l/min betrieben, entsprechend einer Verweilzeit von etwas mehr als 3 min. Das verwendete Dispersionsmedium war eine verdünnte Schwefelsäurelösung mit einem Guar-Gum-Derivat (Gendriv-492 SR) in ausreichenden Mengen, um der Lösung eine Viskosität von etwa 5 cP bei einem pH von 2,3 und einer Temperatur von 31 ^eC zu verleihen. Die Faserdispersion wurde mit einer Faserkonsistenz von 0,4 % von der Dispergiervorrichtung zu einem Mischbehälter geführt, wo die Faserkonsistenz auf ein Verhältnis von etwa 24:1 verdünnt wurde. Der verdünnten Suspension wurden Polyvinylalkoholfasern in Mengen zugesetzt, die für eine Polyvinylalkoholfaser-Konzentration von 8 %, bezogen auf das Gewicht der Glasfasern, ausreichten. Die Faserdispersion wurde dann einem Hochgeschwindigkeits-Stoffauflaufkasten von geringem Volumen bei einer Konsistenz von 0,017 % zugeführt, und es bildete sich eine Glasfaserbahn in mittlerer Produktionsgeschwindigkeit.

Das anfallende Bahnmaterial hatte ein Flächengewicht von 13,6 g/m², eine Dicke von 84 um und eine Luftporosität von 8263 l/min/1OO cm² bei 12,7 mm H₂0-Druck. Das leichte Bahnmaterial hatte eine Trockenzugfestigkeit von 507 g/25 mm in Maschinenrichtung und 333 g/25 mm in Querrichtung. Es zeigte eine Zungenweiterreißfestigkeit von 34 g in Maschinenrichtung und 44 g in Querrichtung.

Aus verschiedenen Teilen des Blatt- oder Bahnmaterials entnommene Proben zeigten eine Hauptfehlerzahl von 0 bis 2 und eine Nebenfehlerzahl von 0 bis 5 pro 9,3 m², korrigiert berechnet auf ein Flächengewicht von 17 g/m². Als Hauptfehler gilt ein Faserbündel entweder undispergierter oder teilweise dispergierter Natur oder in Knäuelanordnung, während als Nebenfehler 2 oder 3 Fasern gelten, die undispergiert geblieben sind oder zusammengezogen wurden. Als gewerblich akzeptable Leichtmaterialien werden solche angesehen, die etwa 10 oder weniger und vorzugsweise 5 oder weniger Hauptfehler

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auf 9,3 m² Bahnmaterial haben. Die Nebenfehler werden nicht als wesentlich angesehen. Das Bahnmaterial zeigte auch eine gleichförmige Faserverteilung, im wesentlichen ohne jede Dichte-veränderung bei visueller Prüfung.

Beispiele II bis VI

Die Arbeitsweise des Beispiels I wurde auf der gleichen Papiermaschine wiederholt, ausgenommen einige Veränderungen der Arbeitsbedingungen, der Faserzurichtung und des Flächengewichts des hergestellten Materials. Die Ergebnisse sind nachfolgend in der Tabelle zusammengestellt:

Tabelle

Beispiel	Maschinenrichtung	II	III	IV	V	VI
Faser	Querrichtung
9 im. (%)	Fehlerzahl pro 9,3 m²	70	46	90	70	22
1 3 pm (%)	22	46	—	22	70
Binder(%)	8	8	10	8	8
Flächengewicht (g/m^J)	19,8	18,3	22,0	22,4	23,1
Dicke (um)	123	115	133	138	115
Luftporosität (l/min)	5648	6552	4742	5512	6149
Trockenzugfestigkeit (g/25mm)
Maschinenrichtung	1109	609	1828	1456	1121
Querrichtung	915	765	1034	1362	1037
Zungen-Weiterreißfestigkeit
(g)
51	60	40	62	89
51	44	60	63	99

Hauptfehler O-3 O-4 O-3 O-1 O

Nebenfehler 3-4 0-5 7-14 1-4 2-4

Beispiele VII bis IX

Die Arbeitsweise der vorhergehenden Beispiele wurde auf einer kleinen Produktionsmaschine unter Verwendung von Glasfasern kleineren Durchmessers und ohne Binderfasern wiederholt. In jedem Falle stellten die Glasfasern 100 % der Faserkomponen-

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te dar und hatten 1,27 cm Länge und 6 μπν Durchmesser. Das Flächengewicht und die Fehlerzahl pro 9,3 a¹ sind unten angegeben. Die hohe Zahl der Nebenfehler spiegelt den sehr feinen Faserdurchmesser und die subjektive Bestimmung des Prüfers wieder, in jedem Falle wird aber das Bahnmaterial vom kommerziellen Standpunkt aus als vollkommen angesehen.

Beispiel	Flächengewicht	Fehler	Haupt-	Neben-
	(q/mM	... 1	241
VII	15,8	O	386
VIII	16,6	0	215
IX	17,6

Der Fachmann wird erkennen, daft zahlreiche Abwandlungen, Veränderungen und Anpassungen aufgrund der vorangegangenen speziellen Offenbarung vorgenommen werden können, ohne die Lehren der Erfindung zu verlassen.

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L e e r s e i t e

Claims

fWENTANWÄlJE MENGES & PRAHL Erhafc^ras8e12.O-«)00 München 5 Patentanwälte Menges & Prahl. Erhardtstr. 12.0-8O00 München 5 aht *Won(O89)26 3847 •fetex 529581 B)PATcI Teleeromrn BiPAT München tvZeicnen/Yburref. UneerZeichen/Ourref. D 206 Datum/Date THE DEXTER CORPORATION Windsor Locks, CT, V.St.A. Patentansprüche

1. Kontinuierliche, naß aufgelegte, maschinell hergestellte, leichte anorganische Faserbahn mit gleichförmiger Faserbildung, dadurch gekennzeichnet, daß sie anorganische Fasern mit einer Faserlänge von etwa 0,63 era oder darüber und bis zu etwa 15 Gewichtsprozent eines Binders für die anorganischen Fasern enthält, ein Flächengewicht von etwa 5 bis 30 g/m^a, eine Fehlerzahl eines einzelnen Faserstrangs von weniger als 10 auf 9,3 m¹ und eine visuell wahrnehmbare gleichförmige Faserverteilung im wesentlichen frei von "Trübungseffekt"-Faserdichteschwankungen aufweist.

2. Faserbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern Glasfasern mit einem Durchmesser im um-Bereich sind.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Faserbahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an anorganischen Fasern etwa 85 Gewichtsprozent oder darüber beträgt.

4. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Flächengewicht von etwa 1O bis 25 g/m² aufweist.

5. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 15 μη; und einer Länge Im Bereich von O,63 bis 2,54 cm sind.

6. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daS die anorganischen Fasern ein Gemisch von Glasfasern unterschiedlicher Durchmesser darstellen.

7. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichet, daß die anorganischen Fasern etwa 90 Gewichtsprozent der Faserbahn ausmachen und Glasfasern mit einem Faserdurchmesser im Bereich von 5 bis 15 μΐη sind, und die Faserbahn eine Hauptfehlerzahl von weniger als 10 auf 9,3 m³ zeigt.

8. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hauptfehlerzahl von etwa 5 oder weniger auf 9,3 m² aufweist.

9. Faserbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder zu Beginn in die Bahn in Faserform eingearbeitet ist.

10. Faserbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern Glasfasern mit einem Durchmesser von weniger als 15 μπι und einer Länge von etwa 2,54 cm oder weniger sind und die Glasfasern wenigstens etwa 90 Gewichts-

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prozent der Bahn ausmachen, der Binder ein zu Beginn in die Bahn in Faserform eingearbeitetes thermoplastisches Material ist und die Bahn ein Flächengewicht von etwa 25 g/m² oder weniger und eine Hauptfehlerzahl von etwa 5 oder weniger auf 9,3 m² aufweist.

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