ES2242166T3

ES2242166T3 - Esterilla de hilos cortados por via humeda.

Info

Publication number: ES2242166T3
Application number: ES03725261T
Authority: ES
Inventors: Michel Droux
Original assignee: Saint Gobain Vetrotex France SA
Current assignee: Saint Gobain Adfors SAS
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2005-11-01
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: FR2836934A1; ZA200406905B; WO2003074785A3; DE60300620D1; AU2003227809A1; WO2003074785A2; BR0308153A; FR2836934B1; RU2301858C2; CN1298926C; US20050244624A1; JP2005528532A; CA2478560A1; KR20040095252A; PL370712A1; MXPA04008545A; EP1481128B1; DE60300620T2; EP1481128A2; ATE294892T1

Abstract

Procedimiento de preparación de una esterilla de hilos cortados, que comprende: - una etapa de puesta en dispersión en un agua de procedimiento, de hilos cortados y secados después de apresto con un líquido de apresto que comprende un órganosilano y un agente aglutinante, luego, - una etapa de formación de una napa por paso de la dispersión sobre una tela de formación, a través de la cual, se drena el agua de procedimiento, siendo retenidos los hilos sobre dicha tela, luego, - una etapa de aplicación de un aglutinante, y luego - una etapa de tratamiento térmico.

Description

Esterilla de hilos cortados por vía húmeda.

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una esterilla de hilos cortados por vía húmeda. Tales esterillas se fabrican habitualmente por vía seca, con ayuda de procedimientos poco productivos (velocidad y producción de máquina bajas) que conducen, además, a esterillas de bajo gramaje y a un gramaje poco regular.

En la esterilla de acuerdo con la invención, se busca que los filamentos individuales se encuentren unidos lo más posible en forma de hilos. Se busca, por tanto, minimizar la proporción de filamentos individuales.

El documento US 6291552 ha sugerido un procedimiento por vía húmeda, en el que los hilos cortados, en primer lugar, se deshilan, reaglutinándose, luego, los filamentos obtenidos con ayuda de agentes de floculación contenidos en el agua de procedimiento (lo que en inglés se denomina "WHITE WATER"). Por tanto, este procedimiento necesita una formulación particular y, además, la reaglomeración no es regular.

El documento WO 0175204 propone una procedimiento de preparación de velo (lo que en inglés se denomina "tissue mat") por vía húmeda, en el que las fibras se aprestan mediante una resina epoxídica o un PVOH, no secándose el apresto entre su aplicación sobre las fibras y la utilización de dichas fibras en el procedimiento de fabricación del velo. Este procedimiento conduce a un producto textil con propiedades débilmente reforzantes, especialmente para las resinas poliésteres. Además, una pequeña proporción de los hilos permanece en forma de hilos cortados en el agua de procedimiento, deshilachándose la mayor parte en el transcurso del procedimiento. Finalmente, este procedimiento por vía húmeda no funciona con un contenido de fibras en el agua de procedimiento superior a 0,05%, en peso.

Como documentos del estado de la técnica, se pueden citar, también, WO 98/11299, US 118272, US 4242404, US 4112174, WO 99/45198, y US 6054022.

La invención resuelve los problemas arriba mencionados. El procedimiento de acuerdo con la invención comprende:

-: una etapa de puesta en dispersión, en una agua de procedimiento, de hilos cortados y secados después del apresto mediante un líquido de apresto, que comprende un órganosilano y un agente aglutinante (lo que en inglés se denomina "film former"), luego,

-: una etapa de formación de una napa mediante el paso de la dispersión sobre una tela de formación, a través de la cual se drena el agua de procedimiento, reteniéndose los hilos sobre dicha tela, luego,

-: una etapa de aplicación de un aglutinante, y luego

-: unas etapa de tratamiento térmico.

Los hilos cortados secados, utilizados en el marco del procedimiento de acuerdo con la invención experimentan, pues, las siguientes etapas de fabricación:

-: una etapa de apresto de hilos con ayuda de un líquido que comprende un órganosilano y un agente aglutinante, luego,

-: una etapa de secado de los hilos aprestados, y luego,

-: una etapa de corte de los hilos aprestados secados.

El órganosilano comprende, preferentemente, al menos un doble enlace de carbono-carbono.

El órgano silano utilizado en el apresto es, generalmente, el derivado hidrolizado de un alcoxisilano, que generalmente comprende él mismo el grupo trialcoxisilano, es decir, Si(OR)_{3}, representando R un radical hidrocarbonado tal como un radical metilo o etilo o propilo o butilo. El órganosilano puede ser, por tanto, el derivado hidrolizado de uno de los compuestos siguientes:

-: alcoxisilano metacrílico,

-: 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano,

-: alcoxisilano vinílico,

-: viniltrietoxisilano,

-: tris(2-metoxietoxi)vinilsilano,

-: arilaminoalcoxisilano,

-: alcoxiaminosilano,

-: 3-aminopropiltrietoxisilano,

-: N-(2-aminoetil)-3-aminopropiletiltrimetoxisilano,

-: 2-(3,4-epoxicicloheoil)etiltrimetoxisilano,

-: 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano,

-: epoxialcoxisilano,

-: triacetoxivinilalcoxisilansilano.

El órganosilano está presente, generalmente, en el líquido de apresto, a razón de 0,05% a 1%, en peso y preferentemente, de 0,2 a 0,6%, en peso.

El agente aglutinante se puede elegir en la lista siguiente:

-: homopoli(acetato de vinilo),

-: copolímero acetato de vinilo-silano,

-: copolímero poli(acetato de vinilo)-epóxido,

-: copolímero poli(acetato de vinilo)-N-metilolacrilamida,

-: epoxipoliéster,

-: poliéster,

-: poliuretano,

-: polímero epoxídico,

-: copolímero epoxi-poliuretano,

-: copolímero de acetato de vinilo y etileno, y

-: copolímero de estireno y de, al menos un acrilato.

También se puede utilizar uno de los agentes aglutinantes citados en "K. Loewenstein, The Manufacturing technology of continuous glass fibers, Glass Science and Technology 6, Elsevier, 1983".

El agente aglutinante tiene, preferentemente, una masa molecular comprendida entre 10.000 y 100.000. Preferentemente, después de secado a 105ºC durante dos horas, el agente aglutinante tiene una solubilidad en acetona, a 20ºC, que va de 50 a 95%.

El agente aglutinante está presente, generalmente, en el líquido de apresto a razón de 2 a 10% y, preferentemente, 3 a 6%, en peso. Si el agente aglutinante es un poli(acetato de vinilo) el líquido de apresto comprende, también, preferentemente un plastificante, tal como el ftalato de dibutilo o el dibenzoato de dietilenglicol.

El líquido de apresto comprende, también, preferentemente un lubricante, que se puede elegir, por ejemplo, en la lista siguiente:

-: sal de amonio cuaternario de cadena alifática,

-: alquiléter,

-: aceite mineral.

El lubricante puede estar presente en el líquido de apresto a razón de 0,05 a 1% y, preferentemente, 0,2 a 0,6%, en peso. Si se utiliza una sal de amonio cuaternario de cadena alifática como lubricante, este compuesto juega, también, un papel como agente antiestático.

\newpage

El líquido de apresto puede comprender, también, un agente antiestático, que puede ser una sal de amonio cuaternario de cadena alifática. El agente antiestático puede estar presente en el líquido de apresto a razón de 0 a 1%.

Después del apresto, generalmente los hilos se enrollan en bobina para formar tortas, que se pueden almacenar en estado húmedo. El hilo húmedo se puede, desbobinar, luego, para secarse y luego ser cortado.

Después del apresto, es posible, también, hacer secar los hilos en continuo, luego enrollarlos para formar una torta seca que, también, se puede almacenar. El hilo secado se puede, luego, desbobinar para ser cortado.

Igualmente se puede realizar la sucesión de las etapas apresto, secado y corte, en continuo sin almacenamiento intermedio.

Para la etapa de secado de los hilos aprestados, se calientan los hilos de manera que comprendan menos de 0,2%, en peso de agua, y preferentemente menos de 0,1%, en peso de agua. Este tratamiento térmico se realiza, generalmente, entre 90 y 140ºC. Si los hilos aprestados se han puesto en forma de torta húmeda, se puede realizar este tratamiento térmico, llevando las tortas húmedas de hilos aprestados a un recinto llevado a 130ºC, generalmente durante un tiempo de, al menos 10 horas, por ejemplo de 12 a 24 horas. La cantidad residual de agua sobre los hilos se puede medir por gravimetría, midiendo la pérdida de peso, a 105ºC, de 10 gr de un hilo aprestado.

Después del secado, los hilos se cortan, generalmente a una longitud que va de 20 mm a 110 mm, y preferentemente de 25 a 60 mm, mediante cualquier máquina de corte apropiada.

Los hilos aprestados cortados y secados, en el momento de su puesta en dispersión en el agua de procedimiento contienen, generalmente, al menos 99%, en peso, de vidrio.

Los hilos cortados se ponen, luego, en dispersión en agua, por ejemplo en un pulpero. La disolución acuosa en la que se dispersan los hilos cortados se denomina agua de procedimiento.

Para el paso de la dispersión sobre la tela de formación, los hilos cortados pueden estar presentes dispersados en el agua de procedimiento a razón de 0,06% a 1%, en peso, por ejemplo 0,1% a 1%, en peso de la suma del peso de los hilos y del agua de procedimiento.

En primer lugar, los hilos cortados se pueden poner en dispersión en el agua de procedimiento a razón de 0,5 a 10%, en peso en el pulpero, para luego experimentar una dilución, por ejemplo de 10 veces. Sin embargo, también es posible realizar una concentración de hilos cortados de 0,05% a 1%, en peso desde el pulpero y no proceder a ninguna dilución antes del envío de la dispersión sobre la tela de formación.

El agua de procedimiento puede comprender un espesante para hacer aumentar la viscosidad del agua de procedimiento. Este espesante puede estar presente a razón de 0 a 0,5%, en peso en el agua de procedimiento. Este espesante puede ser, por ejemplo, una hidroxietilcelulosa.

El espesante, preferentemente se introduce en cantidad tal que el agua de procedimiento presenta, a 20ºC, una viscosidad comprendida entre 1 y 20 mPa.s y, preferentemente, comprendida entre 5 y 12 mPa.s.

El agua de procedimiento puede comprender un dispersante catiónico. Este dispersante catiónico puede estar presente a razón de 0 a 0,1%, en peso en el agua de procedimiento. Este dispersante catiónico puede ser, por ejemplo, la guanidina o una amina de cadena alifática. Se puede utilizar especialmente el aerosol C 61 disponible de CYTEC.

La dispersión agua de procedimiento/hilos cortados se agita, después se envía sobre una tela de formación permeable, que permite al agua de procedimiento circular a través de ella y que retiene los hilos cortados en su superficie. El agua de procedimiento se puede aspirar para mejorar su separación. El agua de procedimiento se puede recircular para ser mezclada de nuevo con hilos cortados. Los hilos cortados forman, así, una napa en la superficie de la tela de formación. En la puesta en dispersión de las fibras al paso sobre la tela de formación, no es necesario calentar la mezcla agua de procedimiento/fibra que, por tanto, tiene siempre, sensiblemente la temperatura ambiente, es decir, una temperatura que va de 10ºC a 50ºC e, incluso, 18ºC a 30ºC. Por tanto, la dispersión hilos cortados/agua de procedimiento generalmente está de manera permanente a una temperatura que va de 10ºC a 50ºC, e incluso 18ºC a 30ºC.

Después del paso sobre la tela de formación, se realiza la etapa de aplicación del aglutinante, que generalmente está en estado de dispersión acuosa. Este aglutinante se puede aplicar por inmersión entre dos telas de formación, en cuyo caso el producto mantenido entre las dos telas se sumerge en un baño por medio de pares de rodillos, o se deposita sobre la napa de hilos cortados por una cascada, lo cual significa que la dispersión acuosa fluye sobre la napa de hilos cortados según una hebra perpendicular a dicha napa y perpendicular al sentido de deshiladura de dicha tela. El aglutinante es del tipo de los utilizados habitualmente en este tipo de realización. Especialmente, se puede tratar de poli(acetato de vinilo) (PVAc) plastificado o estireno acrílico o acrílico auto-reticulable. El exceso de aglutinante se puede separar por aspiración a través de la tela de formación. El aglutinante se aplica en cantidad tal, que después de la etapa de tratamiento térmico, su proporción en la esterilla final está comprendida entre 2 y 20%, en peso, y preferentemente entre 3 y 6%, en peso.

La etapa de tratamiento térmico tiene por objeto evaporar el agua, así como realizar las eventuales reacciones químicas entre los diferentes constituyentes, como por ejemplo, las condensaciones de grupos -OH. El tratamiento térmico se puede realizar por calentamiento entre 140 y 250ºC. La duración del tratamiento térmico va, generalmente, de 2 segundos a 3 minutos.

Los hilos utilizables en el marco de la presente invención comprenden, generalmente, vidrio y, más particularmente, son hilos de vidrio. Se entiende por "hilo" un conjunto de filamentos contiguos y que comprende, más particularmente, de 10 a 300 filamentos.

Los hilos cortados se pueden almacenar, antes de su puesta en dispersión, en el agua de procedimiento.

La figura 1 representa esquemáticamente un procedimiento de preparación en continuo de una esterilla, después de la preparación de los hilos cortados. Los hilos cortados se introducen en un pulpero 1 en presencia de agua de procedimiento y con agitación, a razón de 0,5 a 10%, en peso, y más generalmente de 1 a 5%, en peso de hilos cortados en la mezcla hilos/agua de procedimiento. La mezcla se vierte, luego, eventualmente en un recipiente de almacenamiento 2 a través de la canalización 3, siendo función del recipiente de almacenamiento, aumentar el tiempo de mezcla entre los hilos y el agua de procedimiento. Este recipiente de almacenamiento es facultativo. La mezcla se lleva, luego, a través de la canalización 4, a la canalización 5, la cual reúne el flujo de mezcla, que proviene de la canalización 4, con un flujo de agua de procedimiento recirculado y que proviene del recipiente de cabeza 6 a través de la canalización 7. A este nivel, el contenido de hilos de vidrio en la mezcla hilos/agua de procedimiento disminuye fuertemente, por ejemplo, 10 veces aproximadamente. El agua de procedimiento se drena en 14 y, eventualmente, se aspira en 15 a través de la tela de formación 8 y se recircula por medio de la canalización 17. Esta agua de procedimiento recirculada se divide en 16, por ejemplo aproximadamente 10% retorna hacia el pulpero a través de la canalización 10 y aproximadamente 90% retorna hacia el recipiente de cabeza 6, a través de las canalizaciones 9, 7 y después 5. La circulación en las canalizaciones está garantizada por las bombas 11, 12 y 13. La bomba 11 se denomina bomba principal (lo que en inglés se denomina "fan pump"). Las etapas siguientes, más tradicionales de aplicación del aglutinante y de tratamiento térmico no están representadas en la figura 1. La esterilla se puede secar y tratar térmicamente en estufa de aire caliente con circulación a través de la tela.

La invención permite la fabricación industrial de una esterilla de hilos cortados con la masa por unidad de área regular y, generalmente, comprende entre 50 y 1.100 g/m^{2}, y especialmente 225 ó 300 ó 375 ó 400 ó 600 ó 900 g/m^{2} aproximadamente. La invención permite la obtención de esterillas muy homogéneas, especialmente cuando son de pequeño gramaje, es decir, comprendido entre 70 y 150 g/m^{2}. La esterilla fabricada de acuerdo con la invención, es muy homogénea, lo que significa que su masa por unidad de superficie puede variar menos del 20%, e incluso menos de 5%. En la esterilla de acuerdo con la invención, al menos 80%, incluso 90%, en peso de los filamentos estaba en forma de hilo (conjunto de filamentos contiguos) que comprende, al menos 10 filamentos e incluso, al menos 25 filamentos.

La esterilla de acuerdo con la invención se puede impregnar en los procedimientos denominados de molde abierto (lo que en inglés se denomina "open mould"), con el fin de fabricar materiales compuestos, es decir materiales que comprenden una matriz de resina que engloba las fibras. La esterilla de acuerdo con la invención está más particularmente destinada a ser impregnada con una resina termoendurecible, y especialmente un poliéster. La esterilla de acuerdo con la invención da lugar a un material compuesto notable en los siguientes aspectos:

-: gran translucidez

-: gran resistencia a la flexión, a la tracción y a los impactos (especialmente impacto Charpy, con probeta sin entalla).

Ejemplo 1

Se utilizan hilos de vidrio P243 de 12 \mum, 30 tex, disponible de Vetrotex, estando dichos hilos revestidos con un apresto que comprende un órganosilano y un agente aglutinante del tipo de poli(acetato de vinilo) plastificado con un ftalato de dibutilo, estando dichos hilos cortados a 5 cm y habiéndose secado de manera que contengan menos de 0,2% de agua. Estos hilos se ponen en ejecución en el procedimiento de la figura 1. La concentración en el pulpero era de 5 g/L. La concentración de los hilos de vidrio a la llegada sobre la tela de formación era de 0,075% en peso. La tela de formación se movía con una velocidad de 80 m/min, siendo el caudal de mezcla hilos/agua de procedimiento que se vierte sobre la tela, de 80 m^{3}/h. El agua de procedimiento contenía 0,1%, en peso de hidroxietilcelulosa y 0,025%, en peso de dispersante catiónico. Después de drenaje y aspiración del agua excedente, la napa húmeda enviada a la unidad de aplicación del aglutinante contiene aproximadamente 35%, en peso de agua. El aglutinante es una emulsión de PVAc plastificado con 40% de poliéster poli(adipato de tetraetilenglicol) (PATEG), depositado de manera que la suma del PVAc y del plastificante representa 4% del peso de la esterilla final. La napa se seca, luego, en estufa de aire caliente a 180ºC, durante 20 segundos. La esterilla obtenida es muy homogénea, ya que su masa por unidad de superficie varía, como máximo, 5% en su superficie (\pm 2,5% con respecto a la masa por unidad de superficie media), según medida de la masa por unidad de superficie en muestras, cortadas en la esterilla, de 30 cm por 30 cm. En el interior de la esterilla final, al menos 80%, en peso de los filamentos forman parte de hilos que comprenden al menos 25 filamentos.

Ejemplo 2

Se procede como en el Ejemplo 1, salvo que se utiliza como aglutinante, una suspensión de polvo en agua. Esta suspensión se obtiene por mezcla en agua de nonilfenol oxietilenado y de un polvo de polímero poliéster condensado de bisfenol propoxilado sobre ácido fumárico cuya granulometría es de 25 a 500 \mum. La cantidad de polvo aglutinante retenido sobre la esterilla final es, igualmente, de 4%, en peso. La esterilla obtenida es muy homogénea, ya que su masa por unidad de superficie varía como máximo 5% en su superficie (\pm 2,5% con respecto a la masa por unidad de superficie media), según medida de masa por unidad de superficie en muestras cortadas en la esterilla de 30 cm por 30 cm. En el interior de la esterilla final, al menos 80%, en peso de los filamentos forman parte de hilos que comprenden, al menos 25 filamentos.

Claims

1. Procedimiento de preparación de una esterilla de hilos cortados, que comprende:

-: una etapa de puesta en dispersión en un agua de procedimiento, de hilos cortados y secados después de apresto con un líquido de apresto que comprende un órganosilano y un agente aglutinante, luego,

-: una etapa de formación de una napa por paso de la dispersión sobre una tela de formación, a través de la cual, se drena el agua de procedimiento, siendo retenidos los hilos sobre dicha tela, luego,

-: una etapa de aplicación de un aglutinante, y luego

-: una etapa de tratamiento térmico.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque los hilos cortados comprenden menos de 0,2%, en peso de agua.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque los hilos cortados secados comprenden menos de 0,1%, en peso de agua.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente aglutinante tiene una masa molecular comprendida entre 10.000 y 100.000 y tiene, después de secado a 105ºC durante 2 horas, una solubilidad en acetona, a 20ºC, que oscila entre 50 y 95%.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos tienen una longitud que oscila entre 20 mm y 110 mm.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al paso sobre la tela de formación, los hilos se dispersan en el agua de procedimiento a razón de 0,06%, en peso de la suma del peso de los hilos y del agua de procedimiento.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque al paso sobre la tela de formación, los hilos se dispersan en el agua de procedimiento a razón de 0,1% a 1%, en peso de la suma del peso de los hilos y del agua de procedimiento.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agua de procedimiento comprende un espesante en tal cantidad, que el agua de procedimiento presenta a 20ºC, una viscosidad comprendida entre 1 y 20 mPa.s.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agua de procedimiento comprende un espesante en tal cantidad, que el agua de procedimiento presenta a 20ºC, una viscosidad comprendida entre 5 y 12 mPa.s.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aglutinante se aplica en tal cantidad, que la esterilla comprenden entre 2 y 20%, en peso de aglutinante.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aglutinante se aplica en tal cantidad, que la esterilla comprende entre 3 y 6%, en peso de aglutinante.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tratamiento térmico se realiza por calentamiento entre 140 y 250ºC.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la esterilla presenta una masa por unidad de superficie comprendida entre 50 y 1.100 g/m^{2}.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la esterilla presenta una masa por unidad de superficie comprendida entre 70 y 150 g/m^{2}.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos comprenden vidrio.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque en el momento de su puesta en dispersión en el agua de procedimiento, los hilos aprestados cortados y secados contienen 99%, en peso de vidrio.

17. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos comprenden 10 a 300 filamentos.

18. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la dispersión hilos cortados/agua de procedimiento está permanentemente a una temperatura que oscila entre 10ºC y 50ºC.

19. Esterilla de hilos de vidrio cortados, cuya masa por unidad de superficie varía menos de 20% en su superficie y cuyo, al menos 80% de los filamentos están en forma de hilo que comprende, al menos 10 filamentos.

20. Esterilla de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizada porque la masa por unidad de superficie varía menos de 10% en su superficie.

21. Esterilla de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizada porque la masa por unidad de superficie varía menos de 5% en su superficie.

22. Esterilla de acuerdo con una de las reivindicaciones de esterilla precedentes, caracterizada porque, al menos 90%, en peso de los filamentos están en forma de hilo que comprende, al menos 10 filamentos.

23. Esterilla de acuerdo con una de las reivindicaciones de esterilla precedentes, caracterizada porque, al menos 90%, en peso de los filamentos están en forma de hilo que comprende, al menos 25 filamentos.

24. Esterilla de acuerdo con una de las reivindicaciones de esterilla precedentes, caracterizada porque presenta una masa por unidad de superficie comprendida entre 50 y 1.100 g/m^{2}.

25. Esterilla de acuerdo con la reivindicación de esterilla precedente, caracterizada porque presenta una masa por unidad de superficie comprendida entre 70 y 150 g/m^{2}.