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DE2927238A1 - Kunststoff-verstaerkungsfasern und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Kunststoff-verstaerkungsfasern und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2927238A1
DE2927238A1 DE19792927238 DE2927238A DE2927238A1 DE 2927238 A1 DE2927238 A1 DE 2927238A1 DE 19792927238 DE19792927238 DE 19792927238 DE 2927238 A DE2927238 A DE 2927238A DE 2927238 A1 DE2927238 A1 DE 2927238A1
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DE
Germany
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fibers
film
surface tension
corona treatment
wetting agent
Prior art date
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DE19792927238
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English (en)
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DE2927238C2 (de
Inventor
Joergen Balslev
Laust Oerum Madsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cemfiber Varde Dk AS
Original Assignee
Jacob Holm Varde AS
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Publication date
Application filed by Jacob Holm Varde AS filed Critical Jacob Holm Varde AS
Publication of DE2927238A1 publication Critical patent/DE2927238A1/de
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Granted legal-status Critical Current

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    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge
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    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/10—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by electric discharge treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
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Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
OPL-ING
H. KlNKEUDEY
DRING. ■ AeE(CALTECHJ
K. SCHUMANN
DRBERNAT DiPt-PHVS
P. H. JAKOB
DIPL-ING
G. BEZOLD
ORRERNATDtPL-CHEM
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
P 14 048
Kunststoff-Verstärkungsfasern und Verfahren zu ihrer
Herstellung .' -
Die Erfindung betrifft Verstärkungsfasern aus Kunststoff, die sich als Faserverstärkung in Verbundmaterialien mit einer Matrix aus einem anorganischen Bindemittel, wie Portland-Zement, Aluminiumoxid-Zement, Flugaschen-Zement, Kalk, Gips, Diatömeenerde, Puzolanerde und Gemischen davon oder in Verbundmaterialien mit einer Matrix aus einem organischen Bindemittel, insbesondere als Faserverstärkung in Faserzementprodukten, wie z.B» Rohrleitungen und ebenen und gerippten (gewellten) Platten, Beton, Kitt und ähnlichen Dichtungsmaterialien, verbindenden oder verschließenden Füllstoff verbindungen und Grundierungen für Fahrzeuge eignen.
Es ist bekannt, Kunststoff-Fasern, insbesondere Fasern aus einem gestreckten Kunststoff, als Vers tärkungs fas ern inner-
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TELEFON (Ο8Θ) 22236a TELEiX O5-2O38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
halb eines breiten Bereiches derartiger Materialien zu verwenden. Solche Fasern können hergestellt werden mit einer guten Beständigkeit gegen die Einflüsse, denen sie während ihrer Verwendung in den fraglichen faserverstärkten Materialien ausgesetzt sind, und sie können mit ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften hergestellt werden.
Die Wirksamkeit von Verstärkungsfasern in einer Matrix hängt jedoch davon ab, wie gut und in welcher Menge die Fasern auf wirksame Weise in die Matrix eingearbeitet und Innerhalb der Matrix gleichmäßig verteilt werden können. Es ist bekannt, daß viele der früheren Versuche zur Verstärkung von beispielsweise Zementmatrizen und ähnlichen Materialien mit Kunststoff-Fasern erfolglos waren aufgrund der Tatsache, daß es nicht möglich war, die Fasern in ausreichend hohen Mengen einzumischen und vollständig darin zu dispergieren, so daß die Endprodukte unzureichend verstärkt waren oder Klumpen von schlecht dispergierten Fasern enthielten, was zu spröden Verbundmaterialien auch in den Fällen führte, in denen die Fasern per se die Qualitäten aufxiiesen, die theoretisch die Eigenschaften des Materials beträchtlich verbessert hätten, wenn die Fasern ausreichend gut darin dispergiert gewesen wären.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Versfcärkungsfasem aus Kunststoff, die modifizierte Oberflächeneigenschaften aufweisen, die ihre Einarbeitung und Dispergierung in einer Bindemittelmatrix erleichtern und die Verträglichkeit zwischen der Matrix und den Fasern verbessern. Die erfindungsgemäßen
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Verstärkungsfasern sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von etwa 40 dyn/-cm bis zu etwa der Oberflächenspannung von Wasser aufweisen.
Während die Oberflächenspannung der Fasern vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 40 bis 50 dyn/cm liegt, wenn die verstärkende Binderaittelmatrix organisch ist, ist die Oberflächenspannung vorzugsweise etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser, in der Regel 70 bis 75 dyn/cm, insbesondere 72 bis 74 dyn/cm, wenn die Bindemittelmatrix anorganisch ist. Daß die Oberflächenspannung der Fasern etwa gleich oder mindestens gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, kann zweckmäßig nach dem folgenden "Dispersionstest" bestimmt werden: bei einer Temperatur von 20°C und einer relativen Feuchtigkeit von 65 % werden 1,5 g erfindungsgetnäße Fasern von etwa 2 bis etwa 35 dtex mit einer Länge zwischen 6 und 24 mm (durch drei- bis viermaliges Rühren) leicht in 500 ml destilliertem Wasser zu einer 100-%-igen Dispersion dispergiert, wenn ihre Oberflächenspannung etwa gleich derjenigen von Wasser ist. 100 % Dispersion bedeutet, daß nach drei-bis viermaligem Rühren mit einem gewöhnlichen Glasspatel die Fasern., bei visueller Beobachtung vollständig voneinander getrennt sind (mit der Ausnahme, daß sie wegen der kleinen Fibrillen an ihren Enden mechanisch miteinander verhakt sein können) im Gegensatz zu der Situation, /wo sie als kleine Konglomerate oder Bündel aneinander haften.
Es wurde gefunden, daß dann, wenn Verstärkungsfasern aus Kunststoff eine Oberflächenspannung aufweisen, die etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, es zum erstenmal möglich ist, die Kunststoff-Fasern in ausreichend hohen Mengen in Aufschlämmungen von einem anorganischen Bindemittel und Wasser, wie Portland-Zement und Wasser, einzumischen und vollständig und gleichmäJ3^^|^.noz^8d^spergieren, so daß alle Fa-
sern in dem entwässerten Endprodukt von dem Matrixmaterial umgeben sind und dadurch als Verstärkung voll wirksam werden.
Während frühere Versuche der Einarbeitung von Kunststoff-Fasern in eine sandfreie Zementmatrix in der Regel zu Materialien führten, die nur etwa 1 Gew.-% oder weniger der Kunststoff-Fasern enthielten, können die erfindungsgemäßen Fasern mit einer hohen Oberflächenspannung in industriellen Maßstabe in einer Menge von bis zu 4 bis 5 Gew.-% eingearbeitet und gleichmäßig dispergiert werden, was zu einem Verbundmaterial führt, bei dem die spezifische Festigkeit und die spezifische Dehnung durch die Fasern und nicht durch das spröde Matrizenmaterial bestimmt werden.
Neben ihrer einzigartigen Dispergierbarkeit in Zementaufschlämmungen weisen die erfindungsgemäßen Fasern mit einer hohen Oberflächenspannung eine außergewöhnliche Affinität gegenüber feinen Zement teilchen auf. Wenn sie beispielsweise einmal mit Zementteilchen in einer Aufschlämmung in Kontakt gekommen sind, halten Polypropylenfasern des nachfolgend beschriebenen Typs mit einer Oberflächenspannung, die etwa gleich der Oberflächenspannung von Wasser ist, Zementteilchen an ihren Oberflächen fest in einem solchen Ausmaße, daß sie durch Spülen mit Wasser nicht zementfrei gewaschen werden können.
Ein besonders wertvoller Typ von Verstärkungsfasern sind Polyolefinfasern, die durch Strecken eines Polyolefinfilms, vor-
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zugsweise eines Polypropylenfilms, in einem Verhältnis von mindestens 1 : 15 zur Erzielung einer Filmdicke von 10 bis 60 um und Fibrillieren des gestreckten Materials mittels einer rotierenden Nadel oder einer Schneiderolle zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex hergestellt worden sind. Nach diesem Verfahren, das in der dänischen Patentanmeldung 1924/78, in der deutschen Patentanmeldung P 28 19 794.6 und in der US-Patentanmeldung 902 920 beschrieben ist, kann ein Fasermaterial erhalten werden, das
2 eine Zugfestigkeit von mindestens 4000 kp/cm , einen Elasti-
zitätsmodul von mindestens 10 000 N/mm und eine Bruchdehnung von höchstens 8 % aufweist und das nicht-glatte Kanten bzw. Ränder mit vielen davon abstehenden Fibrillen aufweist. Diese Polyolefinfasern weisen einzigartige Vorteile als Verstärkungsfasern in einer anorganischen Bindemittelmatrix auf.
Bei den erf indungs gemäß en Fasern handelt es sich vorzugsweise um Polyolefinfasern, insbesondere Polypropylenfasern des in den obengenannten Patentanmeldungen beschriebenen Typs, da diese Fasern Eigenschaften aufweisen, die sie ideal geeignet machen für die wirkungsvolle Verankerung in beispielsweise einer Zementmatrix und für die Cooperation mit dieser Matrix zur Verstärkung der Matrix.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten Fasern aus Kunststoff mit einer Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 dyn/cm bis etwa der Oberflächenspannung von Wasser, das dadurch gekennzeich-
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net ist, daß man Kunststoff-Fasern oder einen Film, aus dem. die Kunststoff-Fasern hergestellt werden, einer Corona-Entladungsbehandlung (nachfolgend der Einfachkeit halber als "Coronabehandlung" bezeichnet) unterwirft.
Bei der Coronabehandlung eines Kunststoff-Films handelt es sich um eine bekannte Behandlung, die durchgeführt wird durch Anlegen eines hochfrequenten elektrischen Stromes an einen elektrischen Leiter, beispielsweise einen dünnen Stahldraht, der in einem Abstand von beispielsweise 1 bis 3 mm oberhalb des sich bewegenden Streifens bzw. Bandes aus dem Kunststoff-Film angeordnet ist zur Erzielung einer heftigen Entladung über der Breite des Films. Bekanntlich wird eine solche Behandlung angewendet, um den Film aufnahmefähig für den späteren Auftrag von Druckerfarben oder Klebstoffen zu machen, eine solche Coronabehandlung wurde bisher jedoch niemals vorgeschlagen für Filme, die einer mechanischen Fibrillierungsbehandlung unterzogen werden sollen, oder für einzelne Fasern.
Der Effekt der Coronabehandlung ist von nicht-makroskopischem Charakter» es wird angenommen, daß der Effekt teilweise auf die Aufspaltung der Polymermoleküle an der Filmoberfläche in kleine Moleküle, wobei einige "offene Enden" zurück—bleiben, und teilweise auf eine Änderung der elektrischen Ladungsbedingungen in der Filmoberfläche zurückzuführen ist.
Der Effekt einer Coronabehandlung eines Kunststoff-Films wird zweckmäßig gemessen durch Bestimmung der Oberflächenspannung nach Standardverfahren. So wurde beispielsweise das nachfol-
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gend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung von gestreckten Polypropylenfilmen angewendet, die einer Coronabehandlung unterworfen worden waren: bei einerRautn-Tetnperatur von 20 C und einer relativen Feuchtigkeit von 65 % wird mittels eines BaumwolIstabes Glycerin auf den Film aufgebracht zur Bildung eines dünnen Flüssigkeitsfilms und das Verhalten des Flüssigkeitsfilms wird beobachtet. Wenn der Flüssigkeitsfilm für etwa 2 bis 3 Sekunden kohäsiv bleibt und dann in kleinere Anteile aufgespalten wird, ist die Oberflächenspannung des Films identisch mit der Oberflächenspannung des Glycerins und sie beträgt daher etwa 64 dyn/cm.
Wenn die Verstärkurgsfasern in eine organische Matrix, z.B. in einen Kitt, eingearbeitet werden sollen, ist es bevorzugt, die Coronabehandlung in einem weniger starken Ausmaße durchzuführen, um eine Oberflächenspannung von etwa 40 bis etwa 50 dyn/cm zu erhalten. Wenn die Matrix, in die die Verstärkungsfasern eingearbeitet werden sollen, eine anorganische Matrix ist, die aus einer wäßrigen Aufschlämmung hergestellt worden ist, ist es bevorzugt, die Coronabehandlung unter stärkeren Bedingungen durchzuführen zur Erzielung einer hohen Oberflächenspannung. Die Regulierung der Intensität der Coronabehandlung ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich und Beispiele für intensive Coronabehandlungen ergeben sich aus den weiter unten folgenden Beispielen.
Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in Verstärkungsfasern aus Kunststoff mit einer Oberflächenspannung von 40 dyn/cm bis zu etwa der Oberflächenspannung von Wasser. Die
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Fasern können leicht und gleichmäßig in Matrizen dispergiert werden. Bei organischen Matrizen ist eine Oberflächenspannung von 40 bis 50 dyn/cm wirksam, bei Zementmatrizen ist eine Oberflächenspannung von etwa 70 bis etwa 75 dyn/cm wirksam. Hohe Oberflächenspannungen werden erhaltendurch eine Coronabehandlung und anschließendes Aufbringen eines hydrophilen Avivierungsmittels. ^~
. Jüie Coronabehandlung kann bei den Fasern durchgeführt
werden oder sie kann bei Filmen durchgeführt werden, aus denen die Fasern hergestellt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man nach der Coronabehandlung ein Netzmittel aufbringt. Durch dieses Aufbringen eines Netzmittels wird eine bisher nicht erzielbare vollständige Affinität zwischen den Fasern und Wasser erreicht, entsprechend einer Oberflächenspannung der Fasern, die inder Größenordnung der Oberflächenspannung von Wasser liegt, oder sogar einer höheren Oberflächenspannung.
Es scheint eine einzigartige Gooperation oder ein einzigartiger Synergismus zwischen der Coronabehandlung und dem Netzmittel zu bestehen und die Kombination aus der Coronabehandlung und dem Aufbringen eines Netzmittels führt zu einer Zunahme der Oberflächenspannung und zu einer Dispergierbarkeit der Fasern in Wasser und zu wäßrigen Aufschlämmungen, wie sie bisher nicht erzielbar waren. Der Grund dafür ist möglicherweise der, daß die Coronabehandlung die Oberfläche des Kunststoffs mit dem Netzmittel verträglich macht oder sie in die Lage versetzt, das Netzmittel zurück— zu—halten^ in - einem
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bisher unbekannten Ausmaße.
Bei dem aufgebrachten Netzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein solches, das für den Auftrag auf synthetische Fasern besonders geeignet ist,und Beispiele für geeignete Netzmittel sind die sogenannten "hydrophilen Avivierungsmittel" ^als"hydrophile Benetzungsmittel" oder "hydrophile Schmiermittel" bezeichnet), die in der Textiltechnologie bekannt sind und bei der Textil- oder Faserbehandlung bzw. -bearbeitung für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur Erzielung antistatischer Eigenschaften, für die Benetzung von Fasern während der Be- bzw. Verarbeitung, um. Fasern gleitfähig zu machen und dgl. Beispiele für geeignete
Avivierungsmitte!
hydrophile sind LW 421 von der Firma Henkel, Deutschland, Amoa P 231 von der Firma Amoa Chemical Company, England^und Citrol A von der Firma Croda Chemicals Ltd., England.
Avivxerungsmittel, Ein besonders vorteilhaftes das in der Praxis gut funktioniert, ist eine Kombination aus Amoa P 231 und Citrol A, wobei es sich bei ersterem um ein Schmiermittelprodukt auf der Basis von Naturölen und Emulgator und bei letzterem um ein typischen Antistatikmittel handelt.
Die Menge des aufgebrachten Netzmittels liegt normalerweise zwischen 0,1 und 3 Gew.-%, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 1 Gew.-%.
Polyolefinfasern des in den obengenannten Patentanmeldungen beschriebenen Typs werden hergestellt, indem man einen PoIy-
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olefinfilin, beispielsweise einen Polyp ro pylenfilm, streckt, bzw. verstreckt und anschließend den Film einer mechanischen Fibrillierung unterwirft zur Herstellung von langen Fasern, die danach entweder durch Zerhacken in die gewünschte Länge gebracht oder als Filamentstreifen bzw. -bänder aufgewickelt werden. Vorzugsweise wird vor der Fibrillierung der gestreckte Film einer Wärmebehandlung (Wärmestabilisierung) unterworfen. Die erfindungsgemäß·* durchgeführte Coronabehandlung kann vor der mechanischen Fibrillierung, vordem Aufbringen des Netzmittels und· vor dem Zerhacken durchgeführt werden.
Ein anderes Verfahren, das sich als vorteilhaft für die Herstellung von Polyolefinverstärkungsfasern erwiesen hat, besteht darin, den Polyolefinfilm zu strecken, den gestreckten Film mit einer rotierenden Nadel oder mit einer Schneiderolle bzw. Schneidewalze zu behandeln zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex und die Fasern anschließend einer Wärmestabilisierung zu unterwerfen. Wenn die Fasern auf diese Weise hergestellt werden, wird die Coronabehandlung zweckmäßig bei den wärmestabilisierten Fasern durchgeführt. Es wird angenommen, daß dies zu einer noch wirksameren Coronabehandlung führt, da alle Oberflächen der Fasern behandelt werden.
Die erfindungsgemäße Coronabehandlung kann unter Verwendung einer Vorrichtung der'Art durchgeführt werden, wie sie bereits bei der konventionellen Anwendung der Coronabehandlung verwendet wird, erforderlichenfalls kann sie jedoch modifiziert werden, um den erforderlichen Effekt zu ergeben, zur
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Erzielung der hohen Oberflächenspannungswerte, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren angestrebt werden. Eine geeignete Vorrichtung für die industrielle Verwendung ist in den weiter unten folgenden Beispielen beschrieben. Anstelle der in der in den Beispielen beschriebenen Vorrichtung verwendeten Metallstabelektroden können die Elektroden auch Drahtelektroden oder irgendwelche anderen geeignet geformten Elektroden sein, vorausgesetzt, daß sie sich über die volle Breite des behandelten Materials erstrecken, einschließlich der Elektroden, die einen Querschnitt in Form eines-zylindrischen Abschnitts haben, um sich so an einen Teil der Rollenoberfläche, über welche das behandelte Material transportiert wird, eng anzupassen. Die Anzahl der Elektroden kann von eins bis zu einer Reihe von aufeinander folgenden Elektroden variiert werden, je nach den jeweiligen Bedingungen, die in jedem Einzelfalle eingestellt werden.
Die Einarbeitung der erfindungsgemäßen Fasern in eine Matrix kann nach irgendeinem der bekannten Verfahren zur Einarbeitung von Verstärkungsfasern durchgeführt werden und es wird eine leichtere Einarbeitung und eine gleichmäßigere Dispergierung erzielt. Bei der Herstellung von Baumaterialien eines ähnlichen Typs, wie Asbest-Zementprodukten, werden die erfindungsgemäßen Fasern vorzugsweise in eine Aufschlämmung eingearbeitet, die vorher einer hohen Scherbehandlung der gleichen Art wie in dem nachfolgenden BeispM 6 beschrieben unterworfen worden ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Der darin ver-
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wendete Ausdruck "100-%-ige Dispersion in Wasser" steht für eine vollständige Dispergierung von 1,5 g Fasern in 500 ml destilliertem Wasser in dem vorstehend beschriebenen Test.
Beispiel 1
Als Polymeres wurde Polypropylene GWE 23 der Firma ICI mit einem Schmelzindex von 3 g/10 Minuten, bestimmt nach DIN MFI 230/2.16, verwendet.
In einer Standardextrusions/Streckanlage wurde das PoIy-
geblasenen
propylen zu einem rohr- bzw. schlauchförmigen'Film bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 220 C extrudiert und der rohrförmige Film wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 G abgekühlt und in zwei Filmstreifen zerschnitten.
Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde der Film durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt. Durch Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation nach dem Heißluftofen wurde der Film in einem Verhältnis von 1 : 23 gestreckt. Anschließend wurde der Film wärmestabilisiert durch Hindurchführen durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 G und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde, wobei die Filmtransportgeschwindigkeit etwa 90 m/Mimrfce - betrug. Die Dicke des Films betrug dann etwa 20/um.
Nach dem Strecken und Wärme stabilisieren wurde der Film einer
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Coronabehandlung unterworfen unter Verelendung einer 12 000 Watt-Vetaphona-Vorrichtung: Generator T 12 000 AX, äußerer Transformator TH 12025 für 3 χ 380 Volt, 50 Hz unter Verwendung eines Rollen/Elektroden-Systems TW 4000 EN/SP. Die Vorrichtung wies vier Rollen auf, wobei über zwei davon der Film geführt und auf seiner Oberseite mittels Metallstabelektroden, die über den Rollen angeordnet waren, behandelt wurde, und anschließend zwei, unter denen der Film hindurchgeführt und mittels MetallStabelektroden, die unter den Rollen angeordnet waren, behandelt wurde. Der Abstand zwischen dem Film und den Elektroden betrug etwa 1 bis 3 mm. Nach der Coronabehandlung hatte die Oberflächenspannung des Films auf 64,3 dyn/cm zugenommen, was durch Messung an einer Probe des Films bestimmt wurde.
Der Film wurde fibrilliert zur Herstellung von Fasern von 2 bis 30 dtex unter Verwendung eines Reifenhäuser FI-S-0800-03-Ol-Fibrillators mit 13 Nadeln pro cm in jeder von zwei aufeinander folgenden, versetzt gegeneinander angeordneten Nadelreihen, die in dem gleichen Abstand wie der Abstand zwischen zwei Nadeln angebracht waren. Das Fibrillierungsverhältnis (das Verhältnis zwischen der Filmtransportgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Fibrillatorrolle) betrug 1 : 3. Danach wurden 1 Gew.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (eine Mischung aus 4 Teilen Amoa und 1 Teil Citrol) in Form einer 1 : 9-Lösung aufgebracht und die Fasern wurden in einem Stapel-Schneider auf Längen von 6, 12, 18 und 24 mm zugeschnitten.
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Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,9 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 5 % und der Elastizitätsmodul (1 %) betrug 12 000 N/mm . Die Fasern ließen sich zu 100 % in Wasser dispergieren.
Beispiel 2
Als Polymeres wurde Polypropylene GSE 16 der Firma ICI mit einem Schmelzindex von 0,8 g/10 Minuten, bestimmt nach DIN MFI 230/2.16, verwendet.
In einer Standard-Extrusions/Streckanlage wurde das Polypropylen bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 230 C zu einem
geblasenen
. rohr- bzw. schlauchförmigen Film extrudiert und der
rohrförmige Film wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 C abgekühlt.
Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde der Film durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 180 C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt. Durch. Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation nach dem Heißluftofen wurde der Film in einem Verhältnis von 1 : 20,3 gestreckt. Danach wurde der Film durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 220 C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt und gleichzeitig in einem Verhältnis von 1 : 1,16 gestreckt, indem man in der Abziehstation nach dem Heißluftofen eine höhere Rollengeschwindigkeit aufrecht erhielt. Das Gesamtstreckungsverhältnis, das durch die beiden Streckvorgänge erzielt wurde, betrug 1 :23,6. Die Dicke des Films betrug dann 20/am.
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Nach dem Strecken und Wärniestabilisieren wurde der Film auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben einer Coronabehandlung unterworfen. Nach der Coronabehandlung hatte die Oberflächenspannung des Films auf64,3 dyn/cm zugenommen, was durch Messung an einer Probe des Films bestimmt wurde.
Der Film wurde anschließend auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben fibrilliert. Danach wurden 1 Gev7.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (Henkel LW 421) in Form einer wäßrigen 1 : 9—Emulsion aufgebracht und die Fasern wurden in einem Stapelschneider auf Längen von 6, 12, 18 und 24 mm zugeschnitten.
Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern betrug 5,9 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 5 % und der Elastizitätsmodul (1 %) betrug 12 00<
zu 100 % in Wasser dispergierbar.
Beispiel 3
stizitätsmodul (1 %) betrug 12 000 N/mm . Die Fasern waren
Es wurden das gleiche Ausgangsmaterial und ein .ähnliches Verfahren wie in Beispiel 1 angewendet, wobei diesmal jedoch der rohrförmige 17Um zu 40 Streifen einer Breite von jeweils etwa 15 mm zugeschnitten wurde und das Streckverhältnis 1 : betrug. Die Fibrillierung wurde mit einzelnen Hadelreihen in dem Reifenhäuser-Fibrillator durchgeführt zur Herstellung von flachen Streifen von etwa 10 mm, die zu Rollen aufgewickelt ■wurden· Der IPiIm hatte nach der CoronaT3eh.andl\mg die gleiche j Oberflächenspannung wie in den Beispielen i -und 2, und die fertigen Streifen hatten eine Oberflächenspannung von 70 bis , 75 dyn/cm.
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Beispiel 4
Als Polymeres wurde Polypropylene GWE 23 der Firma IGI mit einem Schmelzindex von 3 g/10 Minuten, bestimmt nach DIN MFI 230/2.16, verwendet.
In einer Standardextrusions/Streck-Anlage wurde das Polypropylen bei einer Extrudertemperatur von 180 bis 220 C zu einem geblasenen (porösen) rohr- bzw. schlauchförmigen Film extrudiert und der rohrförmige Film wurde mit Kühlluft von 18 bis 20 C abgekühlt und zu zx?ei Filmstreifen zerschnitten.
Aus der Abziehstation nach dem Extruder wurde der Film durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 160 G und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde geführt. Durch Anwendung einer höheren Rollengeschwindigkeit in der Streckstation .nach dem Heiß luft of en wurde der Film in einem Verhältnis von 1 : 17 gestreckt.
Der Film wurde fibrilliert zur Herstellung von Fasern von 2 bis 30 dtex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 angegeben. Die dabei erhaltenen Fasern wurden wärmestabilisiert, indem man sie durch einen Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 160 C und einer Luftgeschwindigkeit von 25 m/Sekunde hindurchführte. Nach der Warmestabilisierung wurden die Fasern unter Anwendung des gleichen Verfahrens und unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in den Beispielen 1 und 2 angegeben einer Coronabehandlung unterworfen. Danach wurde . 1 Gew.-% eines hydrophilen Avivierungsmittels (einer Mischung aus 4 Tei-
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len Amoa und 1 Teil Citrol) in Form einer 1 : 9-Lösung aufgebracht und die Fasern wurden in einem Stapelschneider auf Längen von 6, 12, 18 und 24 mm zugeschnitten.
Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern
betrug 5,3 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 6 % und der EIa-
9 stizitätsmodul (l %) betrug 13 000 N/mm . Die Fasern ließen
sich zu 100 % in Wasser dispergieren. Beispiel 5
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 angewendet, wobei diesmal jedoch das Streckungsverhältnis 1 : 17 anstatt 1 : 23 betrug.
Die Zugfestigkeit der auf diese Weise hergestellten Fasern
betrug 5,3 cN/dtex, die Bruchdehnung betrug 6 % und der EIa-
2
stizitätsmodul betrug 13 800 N/mm . Die Fasern ließen sich
zu 100 % in Wasser dispergieren.
Auch in den Beispielen 4 und 5 hatte der coronabehandelte •Film eine Oberflächenspannung von 64- dyn/cm, da die Coronabehandlung mit der Behandlung gemäß Beispielen Λ und 2 identisch ist.
Beispiel 6
Faserverstärkte Zementplattm einer Dicke von 6 mm wurden hergestellt unter Verblendung der nach Beispiel 5 hergestellten, einer Coronabehandlung und einer Avivierungsbehandlung unterzogenen 12 mm langen Polypropylenfasern einerseits und von auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellten, einer Avivierungsbehandlung, jedoch keiner Coronabehandlung unter-
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zogenen Polypropylenfasern andererseits.
Das Verfahren zur Herstellung der Platten war das folgende: Portland-Zement (schnell aushärtende Sorte), 0,15 Gew.-% Methocell 228 (Methylcellulose der Firma Dow Chemical), 3,4 Gew.-7o Papierpulpencellulose (Birke) und 6,1 Gew.-% Rock-
(R)
wool -Fasern (Mineralfasern mit einem Durchmesser von etwa 5 um und einer Länge von etwa 0,1 bis 5 mm) und Wasser wurden in einem Wasser-Feststoff-Verhältnis von 1,8 : 1 unter Rühren miteinander gemischt und die dabei erhaltene Aufschlämmung wurde anschließend durch 5-maliges Hindurchführen durch einen Emulgator "Alexanderwerke11 mit einem Stator/-Rotor-Abstand von 0,4 mm, der sich mit bis zu 3000 UpM drehte, raffiniert. Zu der . derart - raffinierten Aufschlämmung wurden 4,5 Gew.-% der 12 mm langen Polypropylenfasern zugegeben und es wurde weitere 1,5 Minuten lang in einem Schüttelmixer "Tintorama" gemischt. Die dabei erhaltene Aufschlämmung x^rde in eine Labor-Papierblattformgebungsvorichtung gegossen und durch Absaugen und Vorkomprimieren entwässert. Die
Testblätter wurden dann 18 Stunden lang bei 10 kp/cm komprimiert und anschließend 4 Tage lang in einer feuchten Atmosphäre und 9 Tage lang in einer normalen Laboratmosphäre gelagert und sie waren dann nach einem halben Monat für den Test bereit.
Die dabei erhaltenen Platten bzw. Blätter wiesen eine Polypropylenfaservers tärkung von 7 Vol.-% auf. Die Cellulosefasern (4 Vol.-%) und die Rockwool®-Fasern (3 Vol.-7o)diehten haupt-
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sächlich als Trägerfasern während der Herstellungsstufen.
Nach dem Aushärten wurden vier Testproben für Biegetests und sechs Testproben für Schlagtests aus jeder Platte herausgeschnitten und die Biegetestproben wurden mit elektrischen Dehnungsmeßgeräten in der Mitte der beiden Seiten versehen für die Aufstellung der Biegungs- Spannungs/Dehnxmgskurven des Materials. Die dabei erhaltenen Testergebnisse sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der bedeuten:
Y-P - Dichte des Materials zum Zeitpunkt des Tests γ = Dichte nach dem Trocknen in einem Ofen bei 105 C
ö" = Biegefestigkeit (Bruchmodul)
.£ = Spezifische Dehnung (Dehnungsgrenze) in der Kompres sionszone
g = Spezifische Dehnung (Dehnungsgrenze) in der Zugzone t
E = Elastizitätsmodul
S = Schlagfestigkeit
Die Werte für &, £. und E sind Durchschnittswerte von vier Proben und die Werte für S sind Durchschnittswerte von sechs Proben. Die in Klammern in der Tabelle angegebenen Zahlenwerte geben die Streuung (den Variationskoeffizienten in % des Durchschnittswerts) an.
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Tabelle
Materialeigenschaften von Faserzementplatten
Polypropylenfasern Corona-behandelt nicht Corona-behandelt
Yf 1.67(1%) 1.68(3%)
H 1.52(0.2%) 1.51(2%)
σ^, kp/cm 232(3%) 216(7%)
0.32(11%) 0.36(11%)
ε*./ /ο 1.38(6%) 1.36(17%)
E, ΙΟ5 kp/cm2 1.84(2%) 1.75(6%)
ο
S, kpcm/cm		 15.9(15%) 12.0(23%)
der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß Verbesserungen in bezug auf die Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften des Materials erhalten wurden durch Verwendung der Coronabehandelten Fasern (Verbesserung der Biegefestigkeit um etwa 7 7ot des Elastizitätsmodul um etwa 5 % und der Schlagfestigkeit um etwa 13 %). Daneben zeigen die Ergebnisse aber auch, daß die Streuung der Materialeigenschaften drastisch herabgesetzt wurde, was zeigt, daß ein besseres Material mit einer viel gleichmäßigeren Dispergierung der Fasern in dem
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Endprodukt erhalten wird, wenn die Corona-behandelten Fasern verwendet werden.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch dear Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Claims (18)

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER OtPL-fNG H. KINKELDEY DR-ING OQOTUfi W- STOCKMAIR £ y £ / fc V Q iDH-ING-AeE ICALTECH, K. SCHUMANN DRRERMAT OPL PHYS P. H. JAKOB DIPL tNG G. BEZOLD Dft R£ft NAT ■ DIPL-OCM 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43 5- Juli 1979 P 14 048 Jacob Holm Varde A/S Engdraget, DK-6800 Varde Pat entan sp rü ehe
1. Vers tärkungs fasern aus Kunststoff, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 dyn/cm bis zu etwa der Oberflächenspannung von Wasser,
2. Vers tärkungs fasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung von 40 bis 75 dyn/cm.
3. Vers tärkungs fasern nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung von 70 bis 75, insbesondere von 72 bis 74 dyn/cm.
4. Verstärkungsfasem nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Oberflächenspannung von 40 bis 50 dyn/cm.
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TELEFON (OSO) 22 28 62 TELEX OB-SSSSO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
ORIGINAL· INSPECTED
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5. Verstärkungsfasern nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Wasser zu 100 % dispergiert werden.
6. Verstärkungsfasern nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein auf ihre Oberflächen aufgebrachtes Netzmittel aufweisen.
7. Verstärkungsfasern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Netzmittel um ein hydrophiles Avivierungsmittel handelt.
8. Vers tärkungs fas em nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich dabei um Fasern aus gestrecktem Polyolefin handelt.
9. Vers tärkungs fasern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich dabei um Fasern aus gestrecktem Polypropylen mit einer Zugfestigkeit von mindestens 4000 kp/cm ,einem EIa-
stizitätsmodul von mindestens 10 000 N/mm und einer Bruchdehnung von höchstens 8 % handelt, die nicht-glatte Kanten mit vielen davon abstehenden Fibrillen aufweisen.
10. Verfahren zur Herstellung von Vers tärkungs fasern aus Kunststoff mit einer Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 dyn/cm bis zu etwa der Oberflächenspannung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man Kunststoff-Vers tärkungs fasern einer Coronabehandlung unterwirft oder einen Kunststoff-Film einer Coronabehandlung unterwirft und anschließend
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den Film fibrilliert zur Herstellung von Fasern.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Coronabehandlung auf die Fasern ein Netzmittel aufbringt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Netzmittel; um ein hydrophiles Avivierungsmittel handelt.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12 zur Herstellung von Verstärkungsfasern aus einem Polyolefin, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyolefinfilm streckt, den Film einer Coronabehandlung unterwirft, den Corona-behandelten Film fibrilliert und gegebenenfalls ein Netzmittel auf die dabei erhaltenen Fasern aufbringt.
14. Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung von verstärkten Fasern aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polypropylenfilm in einem Verhältnis von mindestens 1 : 15 streckt zur Erzielung einer Filmdicke von 10 bis 60/im, den gestreckten Film einer Coronabehandlung unterwirft, den Corona—behandelten Film unter Verwendung einer rotierenden Nadel oder einer Schneiderolle fibrilliert zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex und gegebenenfalls ein Netzmittel auf die Fasern aufbringt.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14 zur Herstellung von verstärkten Fasern aus einem Polyolefin,
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dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyolefinfilm streckt, den gestreckten Film fibrilliert, die dabei erhaltenen Fasern einer Coronabehandlung unterwirft und gegebenenfalls ein Netzmittel auf die Corona-behandelten Fasern aufbringt.
16. Verfahren nach Anspruch 15 zur Herstellung von Verstärkungsfasern aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polypropylenfilm in einem Verhältnis von mindestens 1 : 15 streckt zur Erzielung einer Filmdicke von 10 bis 60 um, den gestreckten Film unter Verwendung einer rotierenden Nadel oder einer Schneiderolle fibrilliert zur Herstellung von Faserfilamenten von etwa 2 bis etwa 35 dtex, die Fasern einer Coronabehandlung unterwirft und gegebenenfalls ein Netzmittel auf die Corona-behandelten Fasern aufbringt.
17. Verfahren zur Herstellung von Verstärkungsfasern aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polypropylenfilm in einem Verhältnis von mindestens 1 : 15 streckt, den gestreckten Film mittels einer Nadel oder einer Schneiderolle fibrilliert und die dabei erhaltenen Fasern wärmestabilisiert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die wärmestabilisierten Fasern einer Coronabehandlung unterwirft und gegebenenfalls ein Netzmittel auf die Corona— behandelten Fasern aufbringt, um ihnen eine Oberflächenspannung innerhalb des Bereiches von 40 dyn/cm bis zu etwa der Oberflächenspannung von Wasser zu verleihen.
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