СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОГО НЕТКАНОГО ПОЛОТНА
METHOD OF PRODUCING HIGHLY FILLED NON-WOVEN FABRIC

Настоящее изобретение относится к способу получения высоконаполненного, предпочтительно, полученного способом мокрой выкладки нетканого полотна, в частности, нетканого стекловолоконного полотна, которое характеризуется низким содержанием связующего, а также к нетканому стекловолоконному полотну, полученному в соответствии с этим способом, и к его использованию.
Производство нетканого полотна, в частности, изготовленного способом мокрой выкладки нетканого полотна, известно уже более 50 лет, в нем используют способы и устройства, изначально разработанные для производства бумаги.
Для производства способом мокрой выкладки, например, нетканого стекловолоконного полотна, стекловолокно диспергируют в воде при помощи, так называемого, пульпера, при этом, содержание стекловолокна составляет, приблизительно, 0,1-1% вес. При этом, необходимо обеспечить наименьшее возможное повреждение стекловолокна во время диспергирования, то есть, сделать так, чтобы повреждения волокон, по существу, не происходило. Диспергированное стекловолокно временно оставляют в одном или нескольких резервуарах для хранения. Выгрузку проводят через выходное отверстие для материала, при этом, концентрация стекловолокна уменьшается в 10-20 раз. Выгрузка происходит на кольцевую длинную сетку, через которую всасывается вода, и происходит формирование нетканого стекловолоконного полотна мокрой выкладки. Поступившую путем всасывания воду снова возвращают в процесс, т.е., рециркулируют.
После этого на полученное нетканое стекловолоконное полотно наносят связующее, которое способствует уплотнению нетканого стекловолоконного полотна после сушки (отверждения), так что оно может быть скатано (подвергнуто последующей обработке).
В зависимости от области применения выбирают стекловолоконные материалы, длину стекловолокна и диаметр стекловолокна, а также вес на единицу площади и применение связующего. В частности, в ходе производства нетканого стекловолоконного полотна мокрой выкладки с малым содержанием связующего возникают проблемы, например, связанные с разрывом.
Нетканое стекловолоконное полотно пригодно, помимо прочего, для производства плоских сворачиваемых в рулон изделий или листовых изделий, в частности, в сочетании с допускающими применение, так называемых, связующих в стадии В, которые уже несколько лет известны. Их используют, помимо прочего, в производстве декоративных композиционных материалов.
Кроме того, нетканое полотно, в частности, нетканое стекловолоконное полотно, предназначенное к пропитке смолами в стадии В, также уже известно, при этом, в связующей смоле в стадии В могут присутствовать минеральные наполнители. Такие материалы пригодны для производства огнестойких слоистых материалов (ламинатов), таких как описанные в документе ЕР 2431173 А1.
Кроме того, также известно нетканое полотно с минеральными наполнителями, предназначенное для армирования гипсовых панелей, или, так называемые, нетканые обои с минеральным покрытием, которые после размещения на стене необходимо дополнительно покрасить.
Чтобы указанные выше материалы можно было использовать для производства декоративных материалов, таких как, например, СPL (Continuous Pressure Laminate - ламинат постоянного давления) или HPL (High Pressure Laminate - ламинат высокого давления), которые используют на кораблях или, особенно, в общественных зданиях и/или зданиях делового назначения, они должны быть все более и более безопасными в отношении угрозы, которую они представляют в случае пожара. Повышенные требования к пожарной безопасности известны в данной области техники благодаря постоянно ужесточаемому правовому регулированию. Эти повышенные требования также распространяются на все большее количество индивидуальных компонентов внутренней отделки, таких как слоистые материалы (ламинаты) для мебели и элементов зданий. Такие декоративные элементы, сами по себе, частично следует классифицировать как небезопасные в отношении требований пожарной безопасности, либо они могут быть реализованы как пожаробезопасные только при больших издержках. Например, большое количество ингибиторов горения добавляют в ламинаты на основе бумаги, чтобы сделать легковоспламеняющуюся бумагу трудновоспламеняющейся или легковоспламеняющейся. При использовании нетканого стекловолоконного полотна в качестве носителя таких декоративных материалов, требования пожарной безопасности, обычно, удовлетворяются проще. Однако, высокое содержание связующего в нетканом полотне часто сводит на нет преимущества неорганического нетканого полотна.
Одним из наиболее важных свойств HPL (ламинатов высокого давления), применяемых в строительной промышленности, является характер их горения. Характер горения определяют в Европе в соответствии с EN 13501, классифицируя А1 и А2 как невоспламеняющиеся материалы, которые дополнительно испытывают в соответствии с ISO 1716, при этом, помимо прочего, теплота сгорания материала должна быть ≤3 МДж/кг.
Современный огнестойкий HPL состоит из (в результате, также ингибирующей горение) бумаги, которая пропитана ингибирующими горение синтетическими смолами и спрессована под высоким давлением и при температуре около 150°С в многоплиточном прессе до, по существу, гомогенных монолитных панелей.
Как указано выше, эти материалы классифицируют в соответствии с EN 13501, при этом, в лучшем случае, достигается класс В1 (трудновоспламенимые). Из-за использования целлюлозы в качестве материала-носителя и синтетических смол в качестве связующего в этих HPL, класс А пожаробезопасности по ISO 1716 не может быть достигнут традиционными огнестойкими HPL известного уровня техники.
Фиброцементные панели, подобные выпускаемым в настоящее время множеством производителей по всему миру, могут быть представлены как материалы класса А2 (в соответствии с ISO 1716), но они обладают очень низкой механической прочностью и используются, также вследствие низкого качества их поверхности, только для решения тривиальных декоративных задач.
В заявке на патент WO 2006/111458 А1 описана ламинатная панель, а также способ ее производства, при этом, она характеризуется теплотой сгорания ≤3 МДж/кг в соответствии с ISO 1716.
В частности, стекловолоконное нетканое полотно характеризуется теплотворной способностью менее 6000 Дж/кг, тогда как у бумаги >10000 Дж/кг, и, таким образом, как таковое, обладает надлежащей огнестойкостью. Тем самым, возможно изготовление огнестойкого ламината для фасадов, стеновой облицовки, покрытия пола, потолочной облицовки или мебели очень простым и безопасным образом.
Однако, стекловолоконное нетканое полотно, которое пригодно для окончательной обработки связующим в стадии В, характеризуется высоким содержанием органических компонентов в продукте реакции. Для многослойных ламинатов и при сравнимой толщине большее количество слоев нетканого стекловолоконного полотна также влечет за собой увеличение стоимости.
Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение нетканого полотна, которое, с одной стороны, пригодно для использования в качестве носителя для декоративных элементов, которое может быть впоследствии обработано (нанесено покрытие) связующим на стадии В, при этом, требуется только минимальное количество связующего на стадии В, так что максимум теплотворной способности не превышается. В то же время, целью является обеспечение рентабельных многослойных структур ламинатов посредством уменьшенного количества слоев нетканого полотна. Кроме этого, эти материалы должны выдерживать высокие механические нагрузки даже во влажной окружающей среде, то есть, быть пригодными для применения снаружи зданий, например, в качестве элементов фасада. При помощи нетканого полотна, полученного из неорганических волокон в соответствии с изобретением, может быть достигнут класс пожаробезопасности А2 для ламинатов с теплотой сгорания ≤3 МДж/кг и, в то же время, с улучшенными свойствами с точки зрения технологии применения нетканого полотна, изготовленного из неорганических волокон, в частности, стекловолоконного нетканого полотна, соединенного со связующими в стадии В. Высоконаполненное нетканое полотно, изготовленное в соответствии с изобретением, в определенных условиях может даже достигать класса пожаробезопасности А1 с теплотой сгорания ≤2,0 МДж/кг.
Следовательно, целью изобретения является непрерывный способ получения нетканого полотна, включающий следующие стадии:
(i) диспергирование волокон в жидкой или газообразной среде,
(ii) нанесение диспергированных в среде волокон на верхнюю сторону кольцеобразной длинной сетки,
(iii) формирование нетканого полотна путем всасывания среды, в которой диспергированы волокна, с обратной стороны кольцеобразной длинной сетки,
(iv) при необходимости, нанесение предварительного связующего и, если нужно, удаление избытка предварительного связующего, а также сушка нетканого полотна, пропитанного предварительным связующим,
(v) нанесение связующего и, если нужно, удаление избытка связующего, при этом, связующее может иметь состав, отличный от состава предварительного связующего, не обязательно использованного ранее на стадии (iv), и сушка нетканого полотна, пропитанного связующим,
(vi) свертывание полученного нетканого материала,
отличающийся тем, что
(vii) связующее на стадии (v) представляет собой связующую систему (связующая система I), которая включает, по меньшей мере, одно органическое связующее и, по меньшей мере, один неорганический наполнитель, и
(ix) нанесенное количество связующей системы I на стадии (v) составляет от 30 до 90% вес., предпочтительно, от 35 до 75% вес., при этом, эта величина дана относительно общего веса нетканого полотна после полного высыхания, и
(x) содержание органического(их) связующего(их) в связующей системе I, соответствующей (vii), составляет от 2 до 20% вес., предпочтительно, от 5 до 16% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы I после полного высыхания,
(xi) содержание неорганического(их) наполнителя(ей) в связующей системе I, соответствующей (vii), составляет от 98 до 80% вес., предпочтительно, от 95 до 84% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы I после полного высыхания.
Сумма величин содержания органического(их) связующего(их) и неорганического(их) наполнителя(ей) в связующей системе I обычно составляет 100%; в нее не включены обычно используемые добавки, такие как противовспениватели, диспергаторы, водоудерживающие агенты (например, целлюлоза) и т.д., которые могут присутствовать в количествах от 0 до 5% вес., при этом, эта величина дана относительно предварительного связующего (связующей системы I) после полного высыхания.
Предпочтительно изготовленное способом мокрой выкладки, высоконаполненное нетканое полотно, произведенное способом, соответствующим изобретению, обладает приемлемой механической прочностью и, вместе с тем, низким содержанием связующего и является, в частности, пригодным для производства нетканого полотна, допускающего применение связующих в стадии В, которое, в свою очередь, может быть использовано для производства композиционных материалов, в частности, композиционных материалов с низкой пожарной нагрузкой. При этом, последующая пропитка (нанесение покрытия) нетканого полотна, соответствующего изобретению, может быть с успехом выполнена при помощи стандартных способов пропитки.
Таким образом, высоконаполненное, предпочтительно, изготовленное способом мокрой выкладки нетканое полотно, произведенное способом, соответствующим изобретению, является ценным промежуточным продуктом в производстве нетканого полотна, допускающего применение связующих в стадии В.
Следовательно, другим объектом настоящего изобретения является изготовленное способом мокрой выкладки или сухой выкладки нетканое полотно, произведенное из неорганических волокон, в частности, стекловолокна, которое уплотнено связующей системой (связующей системой I), которая включает, по меньшей мере, одно органическое связующее и, по меньшей мере, один неорганический наполнитель, при этом:
(i) нанесенное количество связующей системы I составляет от 30 до 90% вес., предпочтительно, от 35 до 75% вес., при этом, эта величина дана относительно общего веса нетканого полотна после полного высыхания, и
(ii) содержание органического(их) связующего(их) в связующей системе I составляет от 2 до 20% вес., предпочтительно, от 5 до 16% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы I после полного высыхания,
(iii) содержание неорганического(их) наполнителя(ей) в связующей системе I составляет от 98 до 80% вес., предпочтительно, от 95 до 84% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы I после полного высыхания, и
(iv) нетканое полотно, уплотненное связующей системой I (после сушки связующей системы I) характеризуется пористостью по Gurley (основа 100 мл), самое большее, 200 сек, предпочтительно, менее 100 сек.
Способ, соответствующий изобретению, таким же образом пригоден для получения нетканого полотна мокрой выкладки или сухой выкладки. Если оно является полотном мокрой выкладки, в качестве жидкой среды обычно используют воду; для нетканого полотна сухой выкладки в качестве газообразной среды обычно используют воздух. Способ, соответствующий изобретению, предпочтительно, используют для производства нетканого полотна мокрой выкладки.
Волокна
Волокна, используемые на стадии (i), представляют собой дискретные волокна, т.е., так называемые, штапельные волокна (нарубленные волокна). Волокнообразующими материалам являются, предпочтительно, неорганические волокна, в частности, керамические волокна, минеральные волокна или стеклянные волокна, при этом, они также могут быть использованы в форме смесей.
Минеральные и керамические волокна представляют собой алюмосиликатные волокна, керамические волокна, доломитовые волокна, волластонитовые волокна или волокна из вулканитов, предпочтительно, базальтовые волокна, диабазовые волокна и/или мелафировые волокна, особенно - базальтовые волокна. Диабазы и мелафиры вместе обычно называют палеобазальтами, а диабаз также часто называют нефрит.
Пригодное стекловолокно представляет собой волокна, изготовленные из стекла марок А, Е, S, Т или R.
Средняя длина минеральных волокон или стеклянных волокон составляет от 5 до 120 мм, предпочтительно, от 6 до 30 мм, особенно предпочтительно, от 10 до 26 мм. Средний диаметр минеральных волокон или стеклянных волокон составляет от 5 до 30 мкм, предпочтительно, от 6 до 22 мкм, особенно предпочтительно, от 10 до 18 мкм.
Помимо указанных выше величин диаметра, также могут быть использованы, так называемые, стеклянные микроволокна. Предпочтительный средний диаметр стеклянных микроволокон составляет от 0,1 до 5 мкм.
Диспергирование волокон
Помимо нетканого полотна, изготовленного способами сухой выкладки, нетканое полотно, предпочтительно, производят способами мокрой выкладки. Меры, необходимые в контексте способов мокрой выкладки для диспергирования волокон, используемых на стадии (i), известны специалистам в данной области. Точные условия процесса зависят от материала волокон и необходимого веса на единицу площади нетканого полотна, которое должно быть получено.
Способы, описанные здесь и далее, относятся, например, к производству нетканого стекловолоконного полотна; однако, соответствующие стадии способа аналогичны также и для других волоконных материалов, в частности, для неорганических волокон, и известны специалистам в данной области.
По существу, волокна диспергируют в воде при помощи, так называемого, пульпера, при этом, в случае стекловолокна, содержание стекловолокна составляет, приблизительно, от 0,1% вес. до 1% вес.
Диспергированное стекловолокно обычно временно оставляют в одном или нескольких резервуарах для хранения, при этом, необходимо предотвратить осаждение стекловолокна. Эта мера также известна специалистам в данной области.
Выгрузку дисперсии стекловолокна в воде (нанесение в соответствии со стадией (ii)) проводят через выходное отверстие для материала, при этом, концентрация стекловолокна уменьшается в 10-20 раз. Эта мера также известна специалистам в данной области.
Дополнительные вспомогательные материалы могут быть добавлены в воду, используемую для производства дисперсии стекловолокна в воде. Обычно, это загустители и поверхностно-активные вещества. Эта мера также известна специалистам в данной области.
Выгрузку дисперсии стекловолокна в воде осуществляют на кольцевую длинную сетку, через которую всасывается вода, и происходит формирование полотна мокрой выкладки (стадия (iii)). Поступившую путем всасывания воду снова возвращают в процесс, т.е., рециркулируют. Для производства нетканого стекловолоконного полотна мокрой выкладки используют известные устройства, такие как Voith Hydroformer или Sandy Hill Deltaformer, которые известны на рынке.
2
2
Вес на единицу площади полученного нетканого полотна из неорганических волокон, в частности, полученного нетканого стекловолоконного полотна составляет, предпочтительно, от 10 до 350 г/м, в частности, от 50 до 300 г/м, при этом, эти величины даны относительно стекловолоконного нетканого полотна без каких-либо связующих и наполнителей (однако, если нужно, с предварительным связующим) и без учета остаточной влажности, т.е., после сушки.
Связующее
На стадии (iv) связующую систему (связующая система I), которая включает, по меньшей мере, одно органическое связующее и, по меньшей мере, один неорганический наполнитель, наносят на только что изготовленное, предпочтительно, способом мокрой выкладки, нетканое полотно из неорганических волокон, предпочтительно, на только что изготовленное нетканое стекловолоконное полотно мокрой выкладки, которое только что сформировано и все еще находится на кольцевой длинной сетке.
Содержание органического(их) связующего(их) в связующей системе I составляет от 2 до 20% вес., предпочтительно, от 5 до 16% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы после полного высыхания, а содержание неорганического(их) наполнителя(ей) в связующей системе I составляет от 98 до 80% вес., предпочтительно, от 95 до 84% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы после полного высыхания.
Общее нанесенное количество связующей системы I (связующих и наполнителей) на стадии (v) составляет от 30 до 90% вес., предпочтительно, от 35 до 75% вес., при этом, эта величина дана относительно общего веса нетканого полотна после полного высыхания.
Избыток связующего может быть удален всасыванием через длинную сетку, так что связующая система имеется в наличии равномерно распределенной.
Органическое(ие) связующее(ие) в связующей системе I, по существу, не подлежит каким-либо ограничениям, так что могут быть использованы все органические связующие, известные в области производства нетканого полотна. Связующие представляют собой химические связующие, предпочтительно, на основе мочевины, фенолформальдегида, меламинформальдегида или их смесей, не содержащие формальдегида связующие, самосшивающиеся связующие, которые полностью вступают в химическую реакцию без добавления какого-либо катализатора. Сшивание, предпочтительно, вызывают путем нагревания. Доказано, что, в частности, водные полимерные дисперсии, полимерные дисперсии винилацетата и этилена или аналогичные самосшивающиеся, в частности самосшивающиеся при нагревании связующие пригодны для использования в качестве самосшивающихся связующих. Особенно хорошо подходят связующие на основе мочевины. Указанные выше химические связующие могут дополнительно включать сахарин и/или крахмал.
Помимо указанных выше органических связующих, также могут быть использованы неорганические связующие. Такие неорганические связующие могут почти полностью или, по меньшей мере, частично замещать указанные выше органические связующие, т.е., могут быть использованы в смесях с указанными выше органическими связующими. Пригодным неорганическим связующим является, например, жидкое стекло, в частности, на основе силиката натрия. Содержание неорганических связующих составляет от 0 до 18% вес., при этом, эта величина дана относительно связующей системы I после полного высыхания.
Неорганические наполнители в связующей системе I также не подлежат каким-либо ограничениям, и могут быть использованы все неорганические наполнители, известные в области производства нетканого полотна. Неорганические наполнители представляют собой минеральные наполнители, предпочтительно, суглинок, глину, обожженный суглинок, обожженную глину, известь, мел, природные и/или синтетические карбонаты, природные и/или синтетические оксиды, карбиды, природные и/или синтетические гидроксиды, сульфаты и фосфаты, основанные на природных и/или синтетических силикатах, кремниевых кислотах, кремнии и/или кварце, флюорите или тальке. Необязательно, наполнители силанизированы или дополнительно гидрофобизированы.
В одном из вариантов способа, соответствующего изобретению, нанесение связующей системы также может быть осуществлено за две стадии, тем самым, может быть достигнуто лучшее распределение связующего и неорганического наполнителя. В этом варианте осуществления изобретения сначала наносят предварительное связующее, каковое предварительное связующее включает, по меньшей мере, одно органическое связующее и, по меньшей мере, один неорганический наполнительно (предварительная связующая система), при этом, содержание органического(их) связующего(их) составляет от 2 до 20% вес., предпочтительно, от 5 до 16% вес., при этом, эта величина дана относительно предварительной связующей системы после полного высыхания, а содержание неорганического(их) наполнителя(ей) составляет от 98 до 80% вес., предпочтительно, от 95 до 84% вес., при этом, эта величина дана относительно предварительной связующей системы после полного высыхания. Предпочтительно, эта предварительная связующая система отличается от связующей системы I. После нанесения предварительного связующего и до нанесения связующей системы I может быть проведена промежуточная сушка. Затем наносят связующую систему I в соответствии с предшествующим описанием. В этом случае нанесение связующей системы I также может быть проведено на отдельной технологической стадии, т.е., нетканое полотно, пропитанное предварительным связующим, может сначала временно храниться как промежуточный продукт, а через некоторое время быть покрыто связующей системой I.
Содержание неорганических связующих в предварительной связующей системе составляет от 0 до 18% вес., при этом, эта величина дана относительно предварительной связующей системы после полного высыхания.
Нанесение смеси наполнитель-связующее, т.е., связующей системы I, а также, если это уместно, предварительного связующего, осуществляют известными способами. С этой целью применимы способы нанесения ножевым устройством, накатным валиком, через щелевое сопло или наливом.
Смесь наполнитель-связующее (смеси) может дополнительно содержать известные добавки, такие как противовспениватели, диспергаторы, водоудерживающие агенты (например, целлюлоза) и т.д. Содержание этих добавок в связующем I (в предварительной связующей системе) составляет от 0 до 5% вес., при этом, эта величина дана относительно предварительной связующей системы (связующей системы I) после полного высыхания.
Сушку на стадии (v) проводят при температуре от 90°С до 250°С (макс.), при этом, время пребывания в сушилке обычно составляет от 30 до 60 секунд для указанного выше диапазона температур. Сушка в соответствии со стадией (v) вызывает отверждение (сшивание) связующего.
Для сушки используют сушильные устройства, уже имеющиеся в известном уровне техники волоконной промышленности.
Высоконаполненное нетканое полотно, произведенное способом, соответствующим изобретению, характеризуется пористостью по Gurley (основа 100 мл), самое большее, 200 сек, предпочтительно, менее 100 сек.
В производимое нетканое полотно могут быть введены дополнительные добавки для улучшения гидрофобных свойств, такие как кремниевые дисперсии или пропитанные кремнием минералы, подобные карбонатам кальция, которые способствуют повышению стабильности по сравнению с водой. Точно также, могут быть введены другие известные добавки, такие как загустители, противовспениватели и т.д. Кроме того, дополнительные добавки также могут быть введены с целью изменения характера горения; например, пригодны гидроксиды алюминия, гидроксиды бария или соединения фосфора.
Высоконаполненное нетканое полотно после сушки представляет собой плоские сворачиваемые в рулон изделия или листовые изделия, пригодные для дальнейшей обработки на предприятии-потребителе.
Высоконаполненное нетканое полотно, произведенное способом, соответствующим изобретению, в дальнейшем подвергают обработке (пропитке) небольшим количеством связующего в стадии В и последующей обработке с образованием продукта реакции. В данном контексте, требуется лишь 3-30% вес., предпочтительно, 5-17% вес. такого связующего в стадии В относительно веса используемого высоконаполненного нетканого полотна, которое было произведено способом, соответствующим изобретению.
Необязательно, связующее в стадии В также может содержать неорганические наполнители. В этом случае содержание наполнителя может достигать четырехкратного содержания связующего в стадии В, при этом, эта величина относится к содержанию компонентов после полного высыхания. Неорганические наполнители в связующем в стадии В также, в принципе, не подвержены каким-либо ограничениям, так что могут быть использованы все неорганические связующие, известные в области производства нетканого плотна. Неорганические наполнители представляют собой минеральные наполнители, предпочтительно, суглинок, глину, обожженный суглинок, обожженную глину, известь, мел, природные и/или синтетические карбонаты, природные и/или синтетические оксиды, карбиды, природные и/или синтетические гидроксиды, сульфаты и фосфаты, основанные на природных и/или синтетических силикатах, кремниевых кислотах, кремнии и/или кварце, флюорите или тальке. Необязательно, наполнители силанизированы или дополнительно гидрофобизированы.
Под связующими, допускающими применение в стадии В, понимаются связующие, которые только частично уплотнены или отверждены, т.е., имеются в наличии в состоянии стадии В и все еще могут подвергаться окончательному уплотнению, например, посредством последующей термической обработки. Такие связующие в стадии В подробно описаны в документах US-А-5837620, US-А-6303207 и US-А-6331339. Описанные в них связующие в стадии В также являются целью настоящего изобретения. Связующие в стадии В, предпочтительно, представляют собой связующие на основе фуриловый спирт-формальдегидных смол, феноформальдегидных смол, меламинформальдегидных смол, мочевиноформальдегидных смол и их смесей. Предпочтительно, они представляют собой водные системы. Другими предпочтительными связующими системами являются не содержащие формальдегида связующие. Связующие в стадии В отличаются тем, что они могут быть подвергнуты многостадийному отверждению, то есть, после первого отверждения или после первых отверждений (состояние стадии В) они еще обладают достаточной связующей способностью, так что могут быть использованы для дальнейшей обработки. Такие связующие обычно отверждаются за одну стадию после добавления катализатора при температуре около 350°F (177°С). По возможности, связующие в стадии В должны обладать теплотворной способностью ≤3 МДж/кг.
Для достижения стадии В такие связующие, необязательно, отверждают после добавления катализатора. Количество катализатора отверждения составляет до 10% вес., предпочтительно, от 0,1 до 5% вес. (относительно общего содержания связующего). Например, нитрат аммония, а также органические ароматические кислоты, например, малеиновая кислота и п-толуолсульфоновая кислота, пригодны для использования в качестве катализатора отверждения, поскольку обеспечивают более быстрое достижение состояния стадии В. Помимо нитрата аммония, малеиновой кислоты и п-толуолсульфоновой кислоты, для использования в качестве катализатора отверждения пригодны все материалы, оказывающие сравнимое кислотное действие. Для достижения стадии В ткань, пропитанную связующим, сушат под действием температуры без осуществления полного отверждения. После сушки связующее в стадии В обычно характеризуется остаточной влажностью от 4 до 6%, эта остаточная влажность почти исчезает только после завершения реакции полного отверждения. Необходимые параметры процесса зависят от выбранной связующей системы.
На нижний температурный предел может влиять выбор отверждения или добавление в большем количестве или более сильных кислотных катализаторов отверждения.
Связующие в стадии В на основе фенолформальдегида (PF), мочевиноформальдегида (UF), меламинформальдегида (MF), эпоксида или смесей UF связующих и MF связующих являются особенно предпочтительными.
Применение связующей системы, допускающей применение в стадии В, может осуществляться с использованием известных способов. Помимо распыления, пропитки и вдавливания, связующее также может быть нанесено способами нанесения покрытия, например, способами нанесения ножевым устройством, накатным валиком, через щелевое сопло или наливом или при помощи вращающихся сопловых головок. Кроме того, в принципе, также возможно нанесение пены.
Указанные выше предпочтительные диапазоны для длины волокон, диаметра волокон, веса на единицу площади, связующего и пористости могут свободно комбинироваться вне зависимости друг от друга, таким образом, любое возможное сочетание соответствующих предпочтительных диапазонов явным образом является частью настоящего описания.
Посредством использования высоконаполненного нетканого полотна, произведенного способом, соответствующим изобретению, возможно достичь надлежащих классов пожаробезопасности без дополнительных усилий с отношении снижения пожарной нагрузки. Также может быть обеспечена рентабельная альтернатива существующим стекловолоконным нетканым системам, в частности, для многослойных систем. Кроме того, на предприятии-потребителе могут быть использованы известные способы производства.
Усиление
Нетканое полотно на основе неорганических волокон, в частности, стекловолоконное нетканое полотно мокрой выкладки, произведенное способом, соответствующим изобретению, может дополнительно включать усиление.
Плоское усиление обычно размещают на верхней стороне кольцевой длинной сетки, на которой формируют нетканое стекловолоконное полотно мокрой выкладки.
Усиливающие волокна и/или пряжу размещают также, как и в случае плоского усиления, или индивидуально, т.е. сверху, или на стороне, где усиливающие волокна и/или пряжа встраивается в формируемое нетканое полотно по центру, или с верхней стороны и/или нижней стороны. Упорядоченная структура получается в результате точного позиционирования в области формирования нетканого полотна на кольцевой длинной сетке. В конце концов, ограничения едва ли применимы из-за типа конструкции, используемой производителями нетканого полотна.
Предпочтительно, усиление включает усиливающие нити и/или пряжу, характеризующиеся модулем Юнга, по меньшей мере, 5 ГПа, предпочтительно, по меньшей мере, 10 ГПа, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 20 ГПа.
Усиливающие волокна, т.е., элементарные волокна, ровница, а также пряжа, имеют диаметр от 0,1 до 1 мм или 10-2400 текс, предпочтительно, от 0,1 до 0,5 мм, в частности, от 0,1 до 0,3 мм и характеризуются удлинением при разрыве от 0,5 до 100%, предпочтительно, от 1 до 60%.
Филаментные нити, в частности многофиламентные нити и/или элементарные волокна на основе углерода, стекла, стекловолоконной ровницы, минеральных волокон (базальта) или проволоки (элементарных волокон), изготовленной из металлов или металлических сплавов, предпочтительно используют в качестве усиления.
По экономическим соображениям предпочтительное усиление состоит из стеклянных многофиламентных нитей в форме, по существу, параллельных слоев основы или холста. В большинстве случаев, стекловолоконное нетканое полотно усиливают в продольном направлении, по существу, параллельными листами пряжи.
Усиливающие филаментные нити могут быть использованы, организованными в форме сетки, решетки или холста. Кроме того, усиление в форме нетканого полотна и многоосевого холста также является предпочтительным. Усиление усиливающей пряжей, идущей параллельно, т.е. обертывающими листами, а также холстом или решетчатой тканью является особенно предпочтительным.
В зависимости от желательного набора свойств, плотность филаментных нитей может изменяться в широких пределах. Предпочтительно, плотность филаментных нитей составляет от 20 до 250 филаментных нитей на метр. Плотность филаментных нитей измеряют вертикально к направлению движения. Усиливающие филаментные нити, предпочтительно, подают до формирования стекловолоконного нетканого полотна на верхнюю сторону кольцевой длинной сетки. Однако, можно подавать филаментные нити во время формирования стекловолоконного нетканого полотна так, чтобы они встраивались в него.
Применение
Нетканое полотно, соответствующее изобретению, может быть использовано для производства композиционных материалов и ламинатов, в частности, ламинатов высокого давления (HPL) или ламинатов постоянного давления (CPL). Благодаря использованию этого нетканого полотна возможно достижение, по меньшей мере, класса пожаробезопасности А2 или подобного в сравнимых стандартах пожарной безопасности для таких материалов. Высоконаполненное нетканое полотно, соответствующее изобретению, позволяет производить рентабельные многослойные структуры с меньшим количеством слоев нетканого полотна.
Благодаря особым свойствам пожарной безопасности нетканое полотно, соответствующее изобретению, пригодно для производства декоративных материалов, например, для кораблей и поездов, общественных зданий и/или зданий делового назначения, в качестве неотъемлемой части внутренней отделки или в качестве ламинатов для элементов мебели.
Общие методы измерения
Применимы следующие методы, до такой степени еще не упомянутые специально:
Пористость по Gurley: пористость по Gurley определяют в соответствии с ISO 5636-1 (1984). Для неровных поверхностей с целью герметизации используют каучуковое кольцевое уплотнение.
Вес на единицу площади: вес на единицу площади определяют в соответствии с DIN EN ISO 29073-1 (1992).
Диаметр волокна: диаметр волокна определяют в соответствии с DIN EN ISO 1973 (по состоянию на 1995).
Модуль Юнга: модуль Юнга определяют по кривой напряжение-деформация (область упругих деформаций) при комнатной температуре (23°С) в соответствии с ASTM Е111-04 (2010) DOI: 10.1520/Е0111-04R10; дата публикации 2010.
EN 13501: испытание описано по следующей ссылке: DIN EN 13501-1: 2010-01. German Edition EN 13501-1:2007+А1:2009: «CLASSIFICATION OF REACTION TO FIRE PERFORMANCE IN ACCORDANCE»
ISO 1716: испытание описано по следующей ссылке: DIN EN ISO 1716:2010-11. German Edition EN ISO 1716:2010: Reaction to fire tests for products - Determination of the gross heat of combustion (included in EN 13501-1:2007)
Примеры
Пример 1
Стекловолоконное нетканое полотно произвели способом мокрой выкладки (стандартный способ). С этой целью нарезанное стекловолокно (16 мкм, 24 мм) диспергировали в воде и осадили при помощи надлежащих устройств на сетчатую ленту. После всасывания избытка воды осуществили нанесение связующего при помощи плюсовки.
2
2
2
2
Вес на единицу площади стекловолоконного нетканого полотна был равен 150 г/м (после сушки). Последующее нанесение связующего осуществляли вплоть до 100 г/м, при этом, содержание органического связующего составляло 8% (20 г/м) общего веса единицы поверхности (после сушки), а содержание наполнителя составляло 32% (80 г/м). В качестве органического связующего использовали Urecoll 150 компании BASF; наполнитель был изготовлен из ATH (aluminum trihydratе - тригидрат алюминия). Затем следовала полная сушка нетканого полотна. Измеренная теплотворная способность высоконаполненного нетканого полотна была равна, приблизительно, 0,5 кДж/кг и, таким образом, соответствовала требованиям класса А1 пожаробезопасности.
Затем проводили пропитку высоконаполненного нетканого полотна связующим в стадии В. В качестве связующего в стадии В использовали меламиновое связующее, при этом, наносили 10% связующего (относительно общего веса). Сушку проводили до остаточной влажности 4-6%, при этом, данная величина дана относительно общего веса нетканого полотна.
2
Общий вес высоконаполненного нетканого полотна, включая связующее в стадии В, был равен 275 г/м (включая 4% остаточной влажности). Теплотворная способность была равна 2900 кДж/кг, таким образом, достигнут класс А2 пожаробезопасности.
Пример 2
2
2
2
2
Произвели нетканое полотно в соответствии с примером 1, при этом, вес на единицу площади нетканого полотна без связующего был равен 250 г/м. Последующее нанесение связующего осуществляли вплоть до 200 г/м, при этом, содержание органического связующего составляло 8% (36 г/м) общего веса единицы поверхности (после сушки), а содержание наполнителя составляло 32% (144 г/м). В качестве органического связующего использовали Urecoll 150 компании BASF; наполнитель был изготовлен из ATH.
2
2
2
2
Затем провели пропитку высоконаполненного нетканого полотна меламиновым связующим в стадии В, которое содержало наполнители. Наносимая смесь содержала 77% (150 г/м) наполнителей и 23% (45 г/м) связующего в стадии В относительно 195 г/м наносимой смеси. Общий вес нетканого полотна был равен 645 г/м (включая 4% остаточной влажности). Теплотворная способность была равна 2650 кДж/кг, таким образом, достигнут класс А2 пожаробезопасности.