FI56414C - Foerfarande foer framstaellning av tunna och boejliga ark- eller banformiga fibermaterialer - Google Patents

Description

ISa^Vl ΓβΊ KUULUTUSJULKAISU pry, I 4 WA lBJ (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 56414

MmtS C (45) Patentti myönnetty 10 01 1980 / Patent meddelat (51) Kv.lk.Vlnt.CI.· D 21 L 3/00 D 21 H 5/26 SUOMI —FINLAND (21) P»tenttlh»k«mu« —P»t*nun*öknlng 305/70 (22) Hakcmitpllvl — Anieknlngtdag 04.02.70 (23) AlkupJUvl — Giltlgheadaj 0^.02.70 (41) Tullut fulklMktl — Bllvlt offantllf 05.08.70

Patentti· ja rekirterlhallitu. NihovUcip^on kuuL|ulk*un pvn,-

Patent- och registerstyrelsen An*ök»n utligd och utl.ikrtften publkand 28.09.79 (32)(33)(31) Pyydatty «tuolkwis—Btglrd prlortut 04.02.69

Englanti-England(GB) 5943/69 Toteennäytetty-Styrkt (71) Karl Kristian Kobs Kr?5yer, Vestre Kongevej 80, 8260 Aarhus-Viby, Tanska-Danmark(DK) (72) Torben Borup Rasmussen, Äbyhöj, Tanska-Danmark(DK) (74) Oy Kolster Ab (54) Menetelmä ohuiden ja taipuisien arkki- tai rainamaisten kuitumateriaalien valmistamiseksi - Förfarande för framställning av tunna och böjliga ark- eller banformiga fibermaterialer

Kekeinnon kohteena on menetelmä ohuiden ja taipuisien arkki- tai rainamaisten kuitutuotteiden valmistamiseksi, jolloin suependoituja» orgaanisia, yksinkertaisia luonnonkuituja sisältävä kaasuvirta johdetaan kaasua läpäisevän muovailupinnan läpi, jolloin sen päälle muodostuu kuitukerros.

Tällä tavalla valmistetuilla kuitumateriaaleilla on taipumus delaminoitumiseen eli eri kerroksiin hajoamiseen, koska on vaikeata saada sidosaine tunkeutumaan kuitukerrokseen. Tätä delaminoitumistaipurnuata on yritetty pienentää kyllästämällä kuituaine suurilla sidosainemäärillä.

Tämä tekniikka johtaa kuitenkin siihen, että kuitumateriaalit tulevat jäykiksi, että valmistuskustannukset suurenevat huomattavasti, koska eidos-aine on näiden materiaalien suhteellisen kallis komponentti.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tuote, jolla on pienentynyt taipumus delaminoitumiseen ilman että käytetään suuria sidos-ainemääriä.

2 56414

Tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että kuitukerroksen kosteuspitoisuus säädetään sen muodostamisen jälkeen arvoon 6—15 paino-96 ja että kuitukerros korkokuvioite-taan yli 100°C:n lämpötilassa, ennenkuin se liimataan.

Edellä mainittua laatua olevaa kuitumateriaalia märkänä kuumassa korkokuvioitettaessa muuttavat käytetyt orgaaniset luonnonkuidut muotoaan ja kuitujen välisissä risteyskohdissa olevat kosketusalueet suurenevat huomattavasti. Tämä johtaa kapillaarivaikutuksen syntymiseen, joka huomattavasti suurentaa kuitumateriaalin ahsorptiokykyä. Lisäksi kuitujen kos-ketusalueilla tapahtuva muodonmuutos suurentaa kuitumateriaalin lujuutta.

Suurentuneen abeorptiokyvyn vaikutuksesta sidosaineen tunkeutuminen mainittuihin alueisiin, siis kosketusalueisiin suurenee, jolloin sidos-aineen vaikutus on optimaalinen verrattuna kylmässä kuivana korkokuvioi-tettuun kuitumateriaaliin.

Tämä ilmenee kuitumateriaalin katkeamispituuden suurenemisena. Kylmässä korkokuvioitetun kuitumateriaalin katkeamialujuus suurenee asteittain sidosainemäärien suuretessa noin 50 prosentin sidosainepitoisuu-teen, minkä jälkeen katkeamispituus pienenee. Märkänä kuumassa korkokuvioitetun kuitumateriaalin katkeamislujuus nousee sangen nopeasti noin 30 prosentin sidosainepitolsuuteen ja alkaa tämän jälkeen pienetä. Sidos-ainepitoisuuden ollessa noin 30 i» on katkeamispituus kuitenkin huomattavasti Buurempi kuin sellaisen kylmässä korkokuvioitetun kuitumateriaalin katkeamispituus, jonka optimaalinen sidosainepitoisuus on noin 30 i».

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan sama lujuus siis saavuttaa käyttämällä paljon vähemmän sidosainetta kuin aikaisemmin on ollut mahdollista. Kuten edellä mainittiin, on kuitukerroksen koko kosteuspitoisuuden oltava vähintään 6 Kokeissa on osoittautunut, että katkeamispituus suurenee huomattavasti kosteuspitoisuuden suuretessa, kun koko kosteuspitoisuus on noin 6 ^ ja että katkeamispituuden suureneminen jatkuu kosteuspitoisuuden vieläkin suuretessa noin 13 prosentin kokonaie-kosteuspitoisuuteen, minkä jälkeen kosteuspitoisuuden suurentaminen tästä arvosta ylöspäin ei enää suurenna katkeamispituutta.

Suureneva kosteuspitoisuus vaatii yhä suurempien tehomäärien käyttämistä tuotteen kuivaamiseen, ja tämän takia ei yleensä ole suotavaa suurentaa kuitukerroksen kosteuspitoisuutta 13 ^ suurempaan arvoon.

Kuten edellä mainittiin on korkokuvioituslämpötilan oltava yli 100°C. On siis osoittautunut, että suoritettaessa korkokuvioitus 100°C:n alapuolella olevissa lämpötiloissa tällä ei saavuteta katkeamispituuden suurenemista. 100°Ctssa katkeamispituus sensijaan suurenee äkkiä, ja tämä katkeamispituus suurenee lämpötilan noustessa. Koska selluloosakuidut muuttavat väriään noin 260°Ctn lämpötiloissa, ei normaalisti haluta käyttää näin korkeita lämpötiloja. Normaalien selluloosakuitujen erikoisen suosittu

3 564U

korkokuvioituslämpötila on noin 250°C, edellyttäen, että korkokuvioitusnopeus sovitetaan sopivalla tavalla tähän lämpötilaan.

Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin eräiden esimerkkien perusteella: A. Kuituarkin korkokuvioittaminen

Alla mainitut kokeet suoritettiin tarkoituksella havainnollistaa korko-kuvioituslämpötilan, korkokuvioitusnopeuden, korkokuvioituspaineen ja tuotteen kosteuspitoisuuden vaikutukset katkeamispituuteen.

Katkeamispituus lasketaan seuraavasta yhtälöstä B = --- n x g x b jossa B = katkeamispituus metreinä; P = murtokuormitusten summa kilogrammoina; n = kokeiden lukumäärä; g = arkin paino grammoina/m ; b = koekappaleen leveys sentimetreinä.

Näissä kokeissa käytettiin korkokuvioitusvalssiparia, joka muodostui teräksisestä korkokuvioitusvalssista ja sileästä kumivalssista. Teräsvalssin halkaisija oli 240 mm ja pituus 400 mm. Tätä korkokuvioitusvalssia kuumennettiin sähkölämpöelementtien avulla, joiden yhteenlaskettu teho oli 16 kilovat-tia, minkä ansiosta valssin lämpötila voitiin asettaa haluttuun arvoon, jopa 350°Cieen. Kumivalssin halkaisija oli 100 mm ja sen kovuus 75 shore-astetta.

Käytetty korkokuvioituskuvio vastasi siipikuviota, jossa korkokuvioitet-tujen alueiden välinen etäisyys oli 1,4 mm ja korkokuvioitettujen alueiden leveys oli 0,3 mm.

Kaikki kokeet suoritettiin koekappaleilla, joiden pituus oli 18 cm ja leveys 2,5 cm. Niissä tapauksissa, joissa koekappaleet kostutettiin, suoritettiin kostutus ilmasuihkusuuttimen avulla.

Saavutettujen tulosten perusteella piirustettiin käyrät, jotka näyttävät katkeamispituuden ja vaihtelevien tekijöiden välistä suhdetta.

Kuvio 1 esittää kuituarkin katkeamispituuden, lämpötilan ja kosteuspitoisuuden välistä suhdetta, kun korkokuvioitusnopeus, korkokuvioituspaine ja kuituarkin paino pidettiin vakioina. Korkokuvioitusnopeus oli 75 m/min. puris-

O

tuspaine oli n. 170 N/cm ja arkin paino oli 70 g/m . Kuviosta 1 näkyy, että katkeamispituuden suureneminen enintään 100°C:een suuruisia lämpötiloja käytettäessä oli pieni, riippumatta arkin kosteuspitoisuudesta. Käyttämällä 6,6 $ kosteuspitoisuutta suurenee katkeamispituus nopeasti 100°C:n jälkeen, ja saavutetaan vieläkin enemmän suurenemista lämpötiloihin saakka, jotka ovat noin 260°C. Käyrä, joka näyttää sellaisen arkin katkeamispituutta, jonka kosteuspitoisuus on 6,6 $, osoittaa, että käyrä tasoittuu noin l60°C:ssa. Tämä johtuu siitä, että suurin osa vedestä on haihtunut 100-150°C:n välisellä lämpötila- 4 56414 alueella, ja että noin l60°C:ssa läsnä oleva vesimäärä on niin pieni, että ei enää tapahdu mitään kuitujen lisä-muodonmuutosta.

Kuvio 2 esittää katkeamispituutta korkokuvioitusnopeuden ja kosteuspitoisuuden funktiona, jolloin korkokuvioituslämpötila ja korkokuvioituspaine pidetään vakioina. Kuviosta 2 nähdään, että pienillä korkokuvieitusnopeuksilla saavutetaan maksimi-katkeamispituus, kun korkokuvioitetaan suhteellisen paljon kosteutta sisältäviä kuitutuotteita.

Kuvio 3 esittää katkaanispituuden, korkokuvioituspaineen ja -lämpötilan välistä suhdetta, kun kosteuspitoisuus pidetään vakiona. Kuviosta 3 nähdään, että lujuus ei sanottavasti suurene, kun käytetään n. 170 N/cm suurempaa valssin painetta.

Kuvio 4 esittää katkeamispituutta kosteuspitoisuuden ja korkokuvioitus-lämpötilan funktiona. Tästä kuviosta nähdään, että riippumatta käytetystä kor-kokuvioituslämpötilasta ei katkeamispituus oleellisesti suurene noin 6 prosentin kosteuspitoisuuteen asti. Kun kokonaiskosteuspitoisuus on rajoissa 6-10 $, suurenee katkeamispituus huomattavasti, kun käytetään 120 ja 250°C:n välillä olevia korkokuvioituslämpötiloja. Kosteuspitoisuuden ollessa noin yli 12 suurenee lujuus vain vähäisesti. Tuote tulee sensijaan jäykäksi, ja tarvitaan suhteellisen suuria tehomääriä sen kuivaamiseksi. Kuten edellä mainittiin, selittyy lujuuden suureneminen kosteata kuituarkkia kuumassa korkokuvioitettaessa pysyvästä muodonmuutoksesta. Kun kuituarkki korkokuvioitetaan kylmien valssien avulla, tapahtuu ainoastaan kuitujen kokoonpainumista, ja kuiduilla on joustavuutensa takia taipumus palautua alkuperäiseen muotoonsa korkokuvioituksen jälkeen.

B. Korkokuvioitettujen kuituarkkien liimaus

Sen pysyvän muodonmuutoksen seurauksena, joka pääasiallisesti tapahtuu kuitujen välisten kosketuskohtien ympärillä, ja joka suurentaa kosketusalueita, saavutetaan huomattava kapillaarivaikutus näillä alueilla. Tämä johtuu osittain siitä, että vierekkäisten kuitujen välinen ilma, joka estää sidosaineen sisään-tunkeutumisen, puristuupois.

Kuvio 5 esittää korkokuvioitettujen ja liimattujen kuituarkkien lujuutta, ja tämä kuvio näyttää katkeamispituutta sidosainemäärän funktiona, jolloin tämä määrä on lausuttu prosentteina arkkimaisen materiaalin painosta. Suoritetuissa kokeissa oli kosteuspitoisuus ennen korkokuvioitusta 10,7 /&> ja korkokuvioituspaine oli n. 170 N/cm sellaisen arkkimaisen materiaalin korkokuvioitta-misekei nopeudella 75 m/min., jonka arkkimaisen materiaalin paino oli 70 g/m. Sidosaineena käytettiin akryylilateksia 23 prosenttisena konsentraationa (kuiva-aineesta laskettuna). Sidosaine levitettiin ilmasuihkusuuttimen avulla.

Kuvion 5 käyrä 1 esittää niitä tuloksia, jotka saavutettiin tutkimalla kuitumaista arkinmuotoista materiaalia, joka korkokuvioitettiin 250o_ . ..

o:n lampo- 5 56414 tilassa, ja käyrä 2 esittää niitä tuloksia, jotka saavutettiin samoissa olosuhteissa, paitsi että kuitutuote korkokuvioitettiin 15°C:ssa.

Kuvio 5 näyttää, että katkeamispituus suurenee sidosainemäärän suuretessa arvoon noin 30 $. Tästä arvosta alkaen rupeaa katkeamispituus pienenemään. Vetolujuus suurenee myös kasvavan sidosainemäärän myötä mutta katkeamispituus pienenee syystä, että arkkimaisen materiaalin paino suurenee suhteellisesti suuremmalla nopeudella kuin vetolujuus.

Sellaista arkkimaista kuitumateriaalia käytettäessä, joka korkokuvioite-taan kylmien valssien avulla, suurenee katkeamispituus sidosainemäärien suuretessa noin 50 prosenttiin, jolloin katkeamispituus alkaa pienetä. Molempia edellä'mainittuja käyriä toisiinsa verrattaessa nähdään selvästi, että kuumassa korkokuvioitetun tuotteen maksimi-katkeamispituus on huomattavasti suurempi kuin kylmässä korkokuvioitetun tuotteen, ja että kuumassa korkokuvioitetun tuotteen maksimi-katkeamispituus saavutetaan sidosainepitoisuudella, joka on huomattavasti pienempi kuin kylmässä korkokuvioitetussa tuotteessa.

Tähdennettäköön, että sidosainetta sisältämättömän kuumassa korkokuvioitetun tuotteen katkeamispituus on huomattavasti suurempi kuin kylmässä korkokuvioitetun tuotteen.