玻璃毡和制造玻璃毡的方法与流程

文档序号:13985068
玻璃毡和制造玻璃毡的方法与流程

本发明涉及玻璃毡,且特别是用于建筑产品的玻璃毡。



背景技术:

建筑用建筑材料如石膏墙板、水泥板、瓷砖和屋顶瓦通常由玻璃纤维毡构建。适用于建筑材料的短切原丝毡一般包括玻璃纤维,因为它们具有高强度并且在使用期间不趋于收缩。玻璃纤维通常通过使来自套管的熔融玻璃材料流变细而形成。将纤维从套管中拉出,然后将纤维直接切碎到容器内。然后将短切纤维分散在水浆料中,所述水浆料含有表面活性剂、粘度改进剂、分散剂和其他化学试剂。在将混合物沉积到在其中去除大部分水的移动筛上之前,搅动纤维和浆料以分散纤维。尽管这一般描述了湿法成网工艺,但是可使用干法成网工艺。然后施加聚合物粘结剂。在施加聚合物粘结剂之后,将所得到的毡加热以去除剩余的水并且使粘结剂固化。

玻璃毡的重要性能包括表面粗糙度、厚度、拉伸强度和撕裂强度。这些性质对于确定玻璃毡制品的制造效率和玻璃毡的最终性质是有用的。希望改性玻璃毡以改进这种性质。

相应地,本领域持续存在用于制造玻璃毡的改进工艺的需求,所述改进工艺可降低产品成本并且满足新的和苛刻应用的需求。



技术实现要素:

在一个实施例中,制造玻璃毡的方法包括提供玻璃纤维组件,将粘结剂组合物施加到玻璃纤维组件,其中所述粘结剂包括有机树脂,并且在尺寸上约束玻璃纤维组件的同时使粘结剂组合物固化,其中尺寸约束包括在两个基本上平行的表面之间直接接触玻璃纤维组件的第一主表面和第二主表面。

在另一个实施例中,玻璃毡包括玻璃纤维组件,其中所述玻璃纤维组件基本上是随机取向的,其中在任何两个方向上的拉伸各向异性小于约6;以及包括有机树脂的粘结剂组合物;其中所述玻璃毡具有的表面粗糙度比具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡低超过约10%。

在又一个实施例中,玻璃毡包括玻璃纤维组件,其中所述玻璃纤维组件基本上是随机取向的,其中在任何两个方向上的拉伸各向异性小于约6;以及包括有机树脂的粘结剂组合物;其中所述玻璃毡具有的厚度比具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡低超过约10%。

附图说明

实施例通过举例的方式进行说明,并且不限于附图。

图1包括在根据本文描述的实施例所示的尺寸约束条件下,在固化期间的玻璃毡的一部分的横截面视图。

图2是不具有尺寸约束固化的玻璃毡的表面轮廓图。

图3是具有尺寸约束固化的玻璃毡的表面轮廓图。

图4是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的Pp(峰顶最大高度,即最高峰与平均平面之间的高度)图。

图5是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的Pz(表面十点高度,即5个最高峰和5个最深孔之间的平均距离)图。

图6是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的RMS(表面均方根偏差,即表面振幅的有效值)图。

图7是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的厚度图。

图8是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的毡Elmendorf撕裂强度的图。

图9是具有和不具有尺寸约束固化的多个示例性玻璃毡的拉伸强度图。

图10是具有和不具有尺寸约束固化的示例性毡的表面光滑度图。

图11是在不同条件下固化和压制的示例性毡的厚度图。

图12是在不同条件下固化和压制的示例性毡的拉伸强度图。

图13是在不同条件下固化和压制的示例性毡的RMS粗糙度图。

图14是在不同条件下固化和压制的示例性毡的Pp平整度图。

图15是在不同条件下固化和压制的示例性毡的Pz平整度图。

图16是在各种温度下加热的示例性毡的厚度图。

技术人员应了解在附图中的元件为了简单和清晰而示出,并且不一定按比率绘制。例如,附图中的元件中的一些的尺寸可相对于其他元件进行放大,以帮助改进本发明的实施例的理解。

具体实施方式

本发明提供了与附图组合的下述说明书,以帮助理解本文公开的教导。下文讨论将集中于教导的具体实施和实施例。提供该重点以帮助描述教导且不应解释为对教导的范围或适用性的限制。然而,其他教导当然可用于本专利申请中。

如本文使用的,术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如,包括一系列特征的方法、制品或装置不必仅限于那些特征,而是可包括未明确列出的或该方法、制品或装置所固有的其他特征。此外,除非明确相反指出,“或”指包括性的或,而非排他性的或。例如,条件A或B由如下任一者满足:A为真(或存在)且B为假(或不存在),A为假(或不存在)且B为真(或存在),以及A和B均为真(或存在)。

另外,“一种”或“一个”的使用用于描述本文描述的元件和部件。这仅为了便利,并提供本发明的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种/个或至少一种/个,并且单数还包括复数,或反之亦然,除非其明确具有相反含义。例如,当单个项目在本文中得到描述时,超过一个项目可代替单个项目使用。类似地,当超过一个项目在本文中得到描述时,单个项目可替代超过一个项目。

除非另有定义,否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解相同的含义。材料、方法和例子仅是举例说明性的并且不意在为限制性的。就本文未描述的程度而言,关于具体材料和处理动作的许多细节是常规的,并且可在结构领域和相应的制造领域内的参考书和其他来源中找到。

在一个实施例中,本发明提供了玻璃毡。玻璃毡包括玻璃纤维组件;和包括有机树脂的粘结剂组合物。玻璃毡通过包括在毡和粘结剂处于尺寸约束下之时固化粘结剂的方法形成。如同不存在任何尺寸约束而形成的玻璃毡,玻璃毡在尺寸约束下固化时具有基本上随机取向的玻璃纤维,在任何两个方向上具有小于约6的拉伸各向异性。在一个实施例中,与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,玻璃毡具有降低的表面粗糙度。在一个进一步的实施例中,与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,玻璃毡具有减小的厚度。

在一个特定例子中,玻璃毡有利地通过在玻璃纤维组件处于尺寸约束下之时固化玻璃毡的粘结剂组合物来生产。在一个实施例中,设想约束和防止玻璃纤维和粘结剂组合物在固化过程中的膨胀的任何尺寸约束。这与具有天然填充的玻璃纤维组件的玻璃毡形成对比。如本文使用的,“天然填充的玻璃纤维”包括玻璃纤维组件和粘结剂组合物,其中所述粘结剂组合物在尺寸约束下不固化。在固化期间没有施加到玻璃毡的尺寸约束,玻璃毡的厚度、长度、宽度或其组合将在粘结剂固化期间膨胀。特别地,粘结剂的固化在桥接毡内的玻璃纤维的粘结剂内产生空隙,导致玻璃毡膨胀,得到天然填充的玻璃纤维。尽管不受理论束缚,但空隙可通过在固化反应过程中释放的水分和/或在固化过程中溶剂的蒸发掉而产生。然而,当玻璃纤维组件在尺寸约束下固化时,防止了玻璃纤维组件膨胀。在一个特定实施例中,防止玻璃纤维组件在垂直方向上膨胀。通过使用尺寸约束,防止了玻璃毡的膨胀,使得玻璃毡具有减少的厚度,例如与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,小超过约10%、小超过约20%、或者甚至小30%。另外,即使通过在尺寸约束下固化玻璃毡的粘结剂来实现较低的厚度,也设想了小于天然填充的玻璃毡的厚度的任何厚度。通常,玻璃毡可具有任何所需的厚度。在一个例子中,厚度为至少约5密耳,例如约5密耳至约200密耳,例如约10密耳至约75密耳,例如约10密耳至约40密耳,例如约10密耳至约30密耳,例如约10密耳至约25密耳。在一个例子中,玻璃毡的厚度不大于约200密耳,例如不大于约100密耳,例如不大于50密耳。由于玻璃纤维和经固化粘结剂两者的脆性,令人惊讶的是玻璃毡可在固化过程中用足够的压力进行约束以防止膨胀,而不破坏玻璃纤维且从而降低玻璃强度。

除减少厚度之外,当经受尺寸约束时固化的玻璃毡具有基本上随机取向的玻璃纤维,在任何两个方向上具有小于约6,例如约1至约4,例如约1.1至约4,例如约1.2至约4的拉伸各向异性。在一个实施例中,两个方向是机器方向和与机器方向基本垂直的横向方向。如本文使用的,“拉伸各向异性”指在任何两个方向上取得的玻璃毡的拉伸强度的比率。在典型的湿法成网玻璃毡的情况下,具有或不具有尺寸约束,当比较机器方向和横向方向时,拉伸各向异性将是最高的。在其他玻璃纤维组件中,当比较不同的方向时,可发现最大的各向异性。相比之下,具有完全随机取向的玻璃纤维组件的等价玻璃毡在任何两个方向上将具有约1的拉伸各向异性。像这样,完全随机取向的玻璃毡将具有拉伸各向同性,这暗示玻璃纤维组件的大致随机方向,即没有纤维的结构有序。

特别地,在尺寸约束下固化提供了玻璃毡的有利的表面粗糙度。由于在尺寸约束下的固化,与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,玻璃毡具有降低的表面粗糙度,例如小约10%,例如小约20%、或甚至小约30%。出乎意料的是,在尺寸约束下固化玻璃毡不仅提供了在玻璃毡的表面上的光滑度,而且也基本上不损害玻璃纤维。如本文使用的,“基本损害”指至少20%玻璃纤维的破裂,导致玻璃毡的拉伸性质的降低。

在另一个实施例中,可获得在尺寸约束下固化的具有更大微米纤维直径尺寸的玻璃纤维组件的玻璃毡,其表面粗糙度等于或小于不具有尺寸约束固化的具有更小微米纤维直径大小的玻璃纤维组件的玻璃毡。对于常规固化,通过降低玻璃纤维的直径来实现具有天然填充的玻璃纤维组件的玻璃毡的期望光滑度。然而,尺寸约束对更大直径尺寸的纤维提供了降低的表面粗糙度,这先前用传统固化无法实现。

在一个实施例中,在固化期间在尺寸上约束的玻璃毡中使用的具有约11微米,例如约13微米、或甚至约16微米直径的玻璃纤维提供了玻璃毡,其中对于16微米直径的玻璃纤维组件,表面粗糙度(Sq)小于约200μm(以微米计的表面积的均方根),例如小于约140μm、或甚至小于约120μm。

此外,在固化期间的尺寸约束提供了跨越玻璃毡的总宽度具有均匀厚度的玻璃毡。例如,毡的厚度在玻璃毡的总宽度上变化不大于约10%。在一个实施例中,当经由Nanovea 3D Optical Surface Profilometer使用白光色差技术测量,在任何特定的方向上具有7.5厘米行扫描时,Pz值不大于1000μm,例如不大于800μm,例如不大于700μm、或甚至不大于600μm。相应地,玻璃毡具有期望的平整度,尤其是对于其中需要均匀毡的建筑应用。相比之下,未在尺寸约束下固化的天然填充的玻璃纤维组件可具有跨越玻璃毡的总宽度变化至少15%的厚度。在一个进一步的实施例中,与未在尺寸约束下固化的具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的玻璃毡相比,玻璃毡具有更高的填充密度,例如大于约30%,例如40%、或甚至50%。

在玻璃毡固化之前,根据本发明形成玻璃纤维毡的示例性方法从纤维组件,例如合适长度的玻璃纤维的短切纤维束开始。在一个特定实施例中,纤维组件可为任何长度,例如连续丝束、短切的或其组合。在一个更特定的实施例中,将纤维组件切成合适的长度,以提供随机放置的纤维。设想了任何合理长度的纤维。设想了任何合理直径的纤维。一般地,使用具有约0.5英寸至约3英寸的长度,以及至少约3微米,例如约3微米至约30微米,例如约3微米至约20微米,例如至少约11微米,例如约13微米、或甚至16微米的直径的纤维。在一个特定实施例中,纤维具有约11微米至约16微米的直径。每个组件可含有任何合理量的纤维。纤维组件可包括各种合适的材料。例如,纤维组件可包括玻璃纤维,例如由A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、E型玻璃纤维、S型玻璃纤维、E-CR型玻璃纤维、羊毛玻璃纤维、合成纤维、天然纤维或其组合制成的纤维。设想了纤维组件的任何合适的配置。在一个实施例中,纤维组件可在非织造毡中

制造玻璃毡的示例性方法包括提供玻璃纤维组件。典型地,将纤维组件加入分散剂介质中,以形成含水浆料,在本领域中被称为“白水”。白水通常含有玻璃、分散剂、粘度调节剂、泡沫控制剂和杀生物剂添加剂。然后搅拌该纤维浆料以形成具有合适稠度的玻璃纤维的可操作的、均匀分散体。分散剂可含有聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和其他添加剂,例如表面活性剂、润滑剂、消泡剂等等或其组合。

然后使纤维和白水分散体在含有毡形成筛网的毡成型机上通过。分散体通常用水稀释至较低的纤维浓度,然后分散在筛网上。纤维以湿纤维毡的形式在筛网处收集,并且通过重力或者更优选地通过真空以常规方式例如通过真空箱来去除过量的水。虽然这一般描述了湿法成网工艺,但也可设想干法成网工艺。例如,对于干法成网工艺,纤维可从套管直接旋转到移动的网上。随后施加粘结剂组合物。

粘结剂组合物用于固定粘结纤维组件。通常将粘结剂组合物施加到重力或真空辅助的脱水白色玻璃毡上。粘结剂组合物的施加可通过任何常规手段来实现,例如通过将毡浸泡在过量的粘结剂溶液中,或通过借助于粘结剂涂布器例如喷雾器、辊或幕帘来涂布毡表面。粘结剂组合物的组分可分开施加,或通过设想的任何方法混合在一起施加。例如,如果分开施加,则粘结剂组合物的组分可通过相同或不同的方法添加。在一个实施例中,设想添加粘结剂组合物的组分的任何其他顺序。根据本发明的实践,水溶液中的粘结剂组合物中组分的总浓度可广泛地变化。设想了任何量的粘结剂组合物,但通常发现方便和令人满意的是将该组合物补足在按经固化玻璃毡的重量计约5%至按重量计约50%,例如按重量计约10%至按重量计约40%,例如按重量计约10%至按重量计约30%的范围内。

粘结剂组合物包含任何合适的有机树脂。有机树脂可包括一种或多种合适的单体、低聚物、聚合物、共聚物、合适的共混物或其组合。在一个特定实施例中,有机树脂是设想用于玻璃毡应用的任何合理的树脂。在一个实施例中,有机树脂包含脲-甲醛组合物、胶乳组合物、丙烯酸类组合物、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)组合物、乙酸乙烯酯乙烯组合物、其共混物或组合中的一种或几种。在一个特定实施例中,有机树脂包含脲-甲醛组合物、胶乳组合物或其组合。在一个实施例中,基于粘结剂组合物的总重量%,胶乳以按重量计高达约5%,例如按重量计高达约7%、或甚至按重量计高达约100%的量存在。

粘结剂组合物还可含有各种其他已知的添加剂,例如粘附促进剂(以增强粘结剂组合物与玻璃毡的粘附,以增加纤维组件之间的粘结强度)、增强耐火性的二氧化硅胶体、消泡剂、杀生物剂、颜料等等、或其组合。在一个实施例中,基于粘结剂组合物的总重量,粘结剂组合物可包括按重量计小于约25%的添加剂。在另一个实施例中,粘结剂组合物基本上不含添加剂。如本文使用的,“基本上不含”指基于粘结剂组合物的总重量,按重量计小于约1%的添加剂、按重量计小于约0.5%的添加剂、或甚至按重量计小于约0.1%的添加剂。

在施加粘结剂组合物之后,通过任何合理的手段(例如在真空下)将玻璃纤维毡脱水,以去除过量的粘结剂溶液。在一个实施例中,毡在固化之前被干燥。设想了干燥玻璃毡的任何方法。在一个特定实施例中,干燥在其中玻璃毡未达到粘结剂的固化温度的温度下进行,并且取决于所选择的粘结剂。例如,干燥使用强制加热的空气例如对流烘箱、气体燃烧烘箱、红外加热器、加热鼓或其组合。在一个示例性实施例中,在干燥过程期间去除含水粘结剂的至少约95%,例如至少约90%、或甚至至少约80%的水重量。在一个实施例中,粘结剂在干燥步骤期间部分固化,其中固化不大于50%,如通过干拉伸强度与经受对80℃热水的10分钟暴露的湿玻璃毡的拉伸强度之比测量的。

玻璃毡在尺寸约束下经受粘结剂的最终固化。设想了施加尺寸约束的任何方法,例如两个基本上平行的表面。例如,玻璃毡的第一主表面和第二主表面与两个基本上平行的表面直接接触。基本上平行的表面可为设想的任何几何构型,例如平坦、圆形或其组合。在一个实施例中,玻璃毡放置在至少一个金属表面、至少一个织物带或其组合之间。在一个替代实施例中,毡可被约束在平坦表面例如金属板和开放表面例如制造带之间。在一个进一步的替代实施例中,基本上平行的表面中的至少一个可被图案化,以对经固化毡赋予特定的期望纹理。在一个特定实施例中,约束材料具有期望的热导率,例如大于约10W/m·K。在一个特定实施例中,热导率是期望的,以将约束材料(例如基本上平行的表面中的至少一个,或甚至两个基本上平行的表面)加热到足以加热毡并且使粘结剂组合物固化的温度。在一个甚至更特定的实施例中,约束材料是热导率大于约10W/m·K的至少一块金属板。在一个示例性实施例中,玻璃毡通过在旋转固化器、传送带(即平台)或其组合上的基本上平行的表面在尺寸上受到约束。在一个实施例中,在尺寸约束期间将压力施加到毡。在一个更特定的实施例中,压力为至少约0.01psi(磅/平方英寸),例如至少约0.02psi,例如至少约0.03psi,例如至少约0.04psi,例如至少约0.05psi,例如至少约1.0psi,例如至少约5.0psi,或甚至更大,条件是压力基本上不损害玻璃纤维。

转到图1,根据本文所述的实施例,在固化期间的尺寸约束下示出玻璃毡100的一部分的横截面视图。玻璃毡100包括长丝组件110,其中长丝组件110包括在其上的粘结剂组合物(未示出)。还包括与玻璃毡100的第一主表面140和第二主表面150直接接触的基本上平行的金属板120和130。基本上平行的金属板120和130之间的距离由“D”表示。设想了任何距离,并且取决于玻璃毡所需的最终厚度。具体地,经固化玻璃毡的厚度基本上等于基本上平行的金属板之间的距离。在一个特定实施例中,尺寸约束在基本上平行的表面之间具有的距离小于或等于自然固化的玻璃毡的厚度。

在一个实施例中,用通过任何合理的手段提供的热量促进粘结剂的固化。尽管通过将至少一个平行表面(例如金属板)加热至加热毡并且使粘结剂固化的温度来描述固化,但也可设想提供热量的任何其他方法,例如红外加热。设想了任何合理的时间和温度,并且取决于粘结剂组合物和所需工艺速度。在一个实施例中,热处理足以实现固化。在一个实施例中,也可使用催化固化。玻璃毡的尺寸约束和粘结剂的固化同时发生,并且可通过相同或不同的手段提供。尽管被描述为基本上平行的金属板,但可设想尺寸约束的任何其他配置。

如所述的玻璃毡具有有利的和出乎意料的性质。除上述表面粗糙度、厚度和均匀性之外,与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,本发明的玻璃毡具有期望性质,如拉伸强度和撕裂强度。例如,玻璃毡具有期望的拉伸强度,例如约100N/英寸至约200N/英寸,例如约100N/英寸至约180N/英寸、或甚至约100N/英寸至约160N/英寸的干拉伸强度。

由于纤维的约束,由约束固化产生的毡也可具有改进的处理性质。玻璃织物的使用者经常感觉到的发痒感可通过使用受约束的固化过程来减少,这是由于垂直指向毡表面的纤维末端减少。

如上所述的玻璃毡可以任何合适的方式提供,以提供用于建筑产品。设想了其中需要低厚度、平滑度、平整度和拉伸强度的任何建筑产品。示例性的建筑产品包括例如石膏墙板、水泥板、瓷砖和屋顶瓦。

在一个实施例中,建筑产品是用于石膏墙板或水泥板的面层。可在水泥产品中提供玻璃毡,以对所得到的水泥产品提供结构完整性。玻璃毡可以任何合适的配置位于水泥制品内。在一个实施例中,玻璃毡可被粘附、附着或以其他方式联接到现有水泥产品的任何合适的表面、边缘或面上。例如,可如上所述产生玻璃毡,然后将其粘附到固化的水泥产品。可替代地,玻璃毡可在它与水泥产品联接时同时或并发产生。在一个实施例中,玻璃毡的至少一部分可至少部分地嵌入距离水泥产品的表面或边缘任何合适的深度。例如,玻璃毡的至少一部分可嵌入距离水泥产品的表面或边缘约0.01英寸至约0.25英寸之间。如本文使用的,“部分嵌入”指至水泥产品内至少约0.01英寸的深度。在一个特定实施例中,玻璃毡可基本上嵌入。如本文使用的,“基本上嵌入”指至水泥产品内至少约0.05英寸的深度。例如,玻璃毡可部分地或基本上嵌入水泥浆料或混合物中,其后干燥、硬化或以其他方式固化,以提供水泥产品,其中玻璃毡部分地或基本上嵌入距离水泥产品的表面或边缘的合适深度。在一个实施例中,水泥浆料基本上浸渍纤维组件之间的多个间隙。在一个进一步的实施例中,水泥产品可包括如本文所述的任何合适数目的玻璃毡。例如,水泥产品可包括多于一个玻璃毡,所述玻璃毡各自可至少部分地嵌入至距离水泥产品的相对主表面合适的深度。设想了任何水泥浆料。在一个实施例中,水泥浆包括波特兰水泥、氧化镁水泥、氧化铝水泥、石膏、共混物或其组合。

在一个进一步的实施例中,玻璃毡可涂布有聚合物膜涂层。设想了任何合理的聚合物膜涂层。通常,所选择的聚合物膜涂层取决于建筑产品所需的最终性质。在一个实施例中,聚合物膜涂层包括胶乳、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯乙酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、热熔粘合剂、含氟聚合物、聚烯烃或其组合。施加聚合物膜涂层的方法取决于材料。设想了任何方法,例如涂布、挤出、喷涂或层压。例如,可将聚合物膜涂层直接挤出到玻璃毡上而无需任何中间层。在另一个实施例中,聚合物膜涂层可在连同或不连同粘结剂层压到玻璃毡上。

在一个例子中,聚合物膜涂层可在玻璃毡上提供,并且可置于所需的玻璃毡的任何部分上。在一个实施例中,聚合物膜涂层可部分地或基本上涂布玻璃毡的至少一个表面。在一个实施例中,聚合物膜涂层可部分地涂布玻璃毡的至少两个表面。在一个特定实施例中,聚合物膜涂层可基本上涂布玻璃毡并且可穿透玻璃毡。聚合物薄膜涂层还可包括在玻璃毡上的多于一层,在施加任何另外的聚合物薄膜涂层之前,每一层可允许凝结、硬化、干燥或以其他方式固化。聚合物膜涂层可包括任何合适的厚度,例如至少约5微米,或任何合适的厚度范围,例如在约5微米至约300微米之间。

根据所需的最终产品和性质,对于玻璃毡设想了任何一种或多种合适的组分。在一个实施例中,玻璃毡可包括一种组分,例如非织造无纬稀松布。在另一个实施例中,玻璃毡可包括多于一种组分,例如织造或非织造的一种或多种稀松布,适当地联接到织造或非织造的一个或多个毡。例如,包括玻璃纤维的织造稀松布可联接到包括聚合物纤维的非织造毡。

许多不同方面和实施例是可能的。这些方面和实施例中的一些在本文中描述。在阅读本说明书后,技术人员应理解这些方面和实施例仅是举例说明性的,并且不限制本发明的范围。实施例可与如下文列出的实施例中的任何一个或多个一致。

实施例1.一种制造玻璃毡的方法,所述方法包括提供玻璃纤维组件;将粘结剂组合物施加到所述玻璃纤维组件,其中所述粘结剂包括有机树脂;并且在尺寸上约束所述玻璃纤维组件的同时使所述粘结剂组合物固化,其中尺寸约束包括在两个基本上平行的表面之间直接接触所述玻璃纤维组件的第一主表面和第二主表面。

实施例2.一种玻璃毡,所述玻璃毡包括玻璃纤维组件,其中所述玻璃纤维组件基本上是随机取向的,其中在任何两个方向上的拉伸各向异性小于约6;和包括有机树脂的粘结剂组合物;其中所述玻璃毡具有的表面粗糙度比具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡低超过约10%。

实施例3.一种玻璃毡,所述玻璃毡包括玻璃纤维组件,其中所述玻璃纤维组件基本上是随机取向的,其中在任何两个方向上的拉伸各向异性小于约6;和包括有机树脂的粘结剂组合物;其中所述玻璃毡具有的厚度比具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡低超过约10%。

实施例4.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,所述玻璃毡具有可比的拉伸强度。

实施例5.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中所述玻璃毡具有的厚度跨越所述毡的整个宽度变化不大于约5%。

实施例6.实施例1或2的方法或玻璃毡,其中与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,所述玻璃毡具有的厚度低超过约10%。

实施例7.实施例1或3的方法或玻璃毡,其中与具有等价纤维直径尺寸的天然填充的玻璃纤维组件的等价玻璃毡相比,所述玻璃毡具有的表面粗糙度低超过约10%。

实施例8.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中所述有机树脂包括脲-甲醛组合物、胶乳组合物、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)组合物、乙酸乙烯酯乙烯组合物、其共混物或组合。

实施例9.实施例8的方法或玻璃毡,其中所述粘结剂组合物包括基于所述粘结剂组合物的总重量%,以按重量计高达约5%,例如按重量计高达约7%、或甚至按重量计高达约100%的量存在的胶乳。

实施例10.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中所述粘结剂组合物是按所述经固化玻璃毡的重量计约5%至按重量计约50%。

实施例11.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中所述纤维组件是非织造毡。

实施例12.前述实施例中任一个的方法或玻璃毡,其中玻璃纤维组件包括A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、E型玻璃纤维、S型玻璃纤维、E-CR型玻璃纤维、羊毛玻璃纤维或其组合。

实施例13.前述实施例中任一个的方法,其中所述尺寸约束在所述基本上平行的表面之间具有的距离小于或等于所述自然固化的玻璃毡的厚度。

实施例14.前述实施例中任一个的方法,其中所述基本上平行的表面中的至少一个具有至少约10W/m·K的热导率。

实施例15.实施例14的方法,其中使所述粘结剂组合物固化包括将所述基本上平行的表面中的至少一个加热至足以加热所述毡并且使所述粘结剂组合物固化的温度。

实施例16.前述实施例中任一个的方法,所述方法还包括在固化之前基本上干燥所述玻璃毡。

实施例17.实施例16的方法,其中干燥所述玻璃毡在其中所述玻璃毡未达到所述粘结剂的固化温度的温度下进行。

实施例18.前述实施例中任一个的方法,所述方法还包括将所述玻璃毡基本上嵌入水泥浆料中或将聚合物膜涂层施加到所述玻璃毡表面。

实施例19.实施例18的方法,其中所述水泥浆包含波特兰水泥、氧化镁水泥、氧化铝水泥、石膏、共混物或其组合。

实施例20,实施例18的方法,其中所述水泥浆料基本上浸渍所述纤维组件之间的多个间隙。

实施例21.实施例18的方法,其中所述聚合物膜涂层包括乙烯丙烯酸甲酯、乙烯乙酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、热熔粘结剂、含氟聚合物、聚烯烃或其组合。

实施例22.实施例18的方法,其中施加所述聚合物膜包括直接挤出到所述玻璃毡上或经由粘合剂层压。

实施例23.实施例18的方法,其中所述玻璃毡被用作建筑产品的面层。

实施例24.实施例23的方法,其中所述建筑产品包括石膏墙板或水泥板。

提供下述实例以更好地公开和教导本发明的方法和组合物。它们仅用于举例说明性目的,并且必须承认,可作出微小的变化和改变,而在实质上不影响如下述权利要求中所述的本发明的精神和范围。

实例

实例1

将具有3%丙烯酸类胶乳的标准脲-甲醛粘结剂经由湿法成网工艺通过用白水稀释以15%的固体含量而施加到湿法成网玻璃毡。玻璃毡包括具有约16微米直径的玻璃纤维组件。毡在两块平行的铜板之间受约束时被固化。为了生产具有低厚度的毡,毡在铜板之间固化之前在60℃的对流烘箱中干燥5分钟。铜合金110因其高热导率而被选择。该合金的热导率为226Btu/ft2/ft/hr/°F或390W/(m*K)。每块板重约5.8磅,其中板在顶部上放置而无另外的夹紧力对毡施加约0.04psi的压力。

将在尺寸约束下固化的许多玻璃毡与没有尺寸约束固化的玻璃毡进行比较。一半的毡在初始冷却的铜板之间制造,在180℃固化16分钟,并且一半没有板,在180℃固化3分钟。使用板的更长的固化时间是为了将板加热到固化温度。用铜板样品固化的样品比对照样品除了薄约30%之外,它们也平坦得多。虽然对照倾向于波浪状,但铜板样品光滑且均匀。样品的表面轮廓图可在图2和图3中看到。图2含有已无需尺寸约束而固化的毡的表面轮廓。图3含有已在尺寸约束下固化的毡的表面轮廓。显然,当在尺寸约束下固化时,在没有尺寸约束固化时玻璃毡的局部噪音和波纹降到最低。

实例2

使用具有和不具有尺寸约束的固化形成几个示例性的玻璃毡,并且测试其粗糙度和平整度,如实施例1中所述。产生的不同示例性玻璃毡可在表1中看到。“h纤维”的直径为11μm,“k纤维”的直径为13μm,并且“m纤维”的直径为16μm。LOI或烧失量代表按重量计在最终产品中的%粘结剂,并且重量是毡中玻璃纤维的量。如指示为“标准”的粘结剂是96%脲-甲醛(UF)粘结剂,并且85/15是与15%UF粘结剂混合的85%丙烯酸类粘结剂。

表1:

Pp(峰顶最大高度,即最高峰与平均平面之间的高度)的结果可在图4中看到,Pz(表面十点高度,即5个最高峰和5个最深孔之间的平均距离)的结果可在图5中看到,且RMS(表面均方根偏差,即表面振幅的有效值)可在图6中看到。Pp和Pz是平整度的度量。RMS是粗糙度的度量。所有测量均由Nanovea 3D Optical Surface Profilometer使用白光色差技术完成,在任何特定的方向上具有7.5厘米行扫描。显然,在尺寸约束下的固化显著降低了粗糙度并且增加了平整度。

厚度、撕裂和拉伸测量的结果分别在图7、8和9中看到。数据清楚地显示,对于所有的重量、纤维类型、纤维长度、粘结剂组合物和粘结剂量,在尺寸约束下的固化显著降低了厚度。对于在尺寸约束下固化的玻璃毡,厚度减少约20-30%,除了含有丙烯酸类的粘结剂之外。尽管不受理论束缚,但与UF粘结剂相比,丙烯酸类在固化过程中具有更少形成的起泡和空气空隙。相应地,当粘结剂制剂不含通过缩合反应固化的任何组分时,厚度的变化虽然减小,但并不显著。

关于毡的相对性能,较重的毡具有较高的拉伸、撕裂和厚度。纤维类型对厚度或撕裂具有很少影响。“h”型纤维具有最高的拉伸,而“k”和“m”型纤维具有相似的拉伸值。较长的纤维不显著影响毡的拉伸或厚度,但的确增加撕裂值。丙烯酸类粘结剂的高负荷增加撕裂值,并且降低拉伸值和厚度值。LOI增加拉伸值和厚度值,并且降低撕裂值。

总的来说,在尺寸约束下的玻璃毡的固化在高UF水平下是有效的,并且增加高丙烯酸类粘结剂的拉伸。对毡撕裂的作用是LOI依赖性的。

实例3

几个示例性的玻璃毡通过将一卷干燥但仅部分固化的毡运行通过旋转固化工艺而形成。该实例使用1.8lb/100ft2、16微米直径纤维的毡规格和标准脲-甲醛粘结剂树脂进行。使用这种方法可实现减少的厚度,而不损害玻璃毡性质。下表2列出了与没有尺寸约束的照常规固化和制备的建筑玻璃毡产品相比,经由Rotocure制造的尺寸约束的经固化玻璃毡的物理性质。Rotocure在加热的金属鼓和钢带之间在尺寸上约束玻璃毡。在表2中清楚地指示,该方法能够用尺寸上约束的固化过程中生成减小的厚度毡,而不损害玻璃毡的其他性质。值得注意的是,在Rotocure工艺中产生的毡产品可具有16密耳的厚度,与常规34密耳产品比超过50%的厚度减少,所述常规34密耳产品没有尺寸约束而固化。

表2:对于屋面应用具有规格性质的经约束固化的玻璃毡

测量也对毡平滑度进行。基于由美国屋顶制造商协会(American Roofing Manufacturer Association)提出的测试程序,测试方法4-82相对拉伸强度进行拉伸测量。测试对于作为工业标样的玻璃毡从测试条的最初2”宽度改为3”宽。所有的拉伸值都是每三英寸的磅数。使用具有16微米纤维直径的玻璃纤维组件制造经由Rotocure(标记为“Rotocured”)和平台(标记为“平台固化”)制成的试验毡。与Rotocure相比,平台使用两条平行的钢带来在尺寸上约束玻璃毡。测量表面平滑度,并且与基准常规玻璃毡(标记为“常规生产毡”)和超光滑毡(标记为“11微米纤维GM”)进行比较,两者均没有尺寸约束而固化。图10示出了通过压缩固化过程对玻璃毡光滑度造成的差异。

从图中显而易见,在尺寸上约束的固化过程能够降低玻璃毡的表面粗糙度,给予其用于面层应用的大大改进的触感。来自平台固化和Rotocured工艺的在尺寸上约束的玻璃毡产生在原始常规生产毡16微米M纤维产品和11微米H纤维产品之间的表面平滑度,从而使其接近13微米K纤维产品的平滑度结果。相应地,尺寸上约束的玻璃毡具有的表面光滑度低于用等价纤维直径尺寸制造的常规生产毡。还推测,在尺寸约束下固化的具有较大微米纤维直径尺寸(如上所示的16微米)的玻璃纤维组件的玻璃毡具有的表面粗糙度等于或甚至小于没有尺寸约束而固化的具有较小微米纤维直径尺寸的玻璃纤维组件的玻璃毡。值得注意的是,较小直径的纤维通常更昂贵,因此使用高直径纤维更具成本效益。

实例4

将具有1.5%丙烯酸类胶乳的标准脲-甲醛粘结剂经由湿法成网工艺通过用白水稀释以15%的固体含量施加到湿法成网玻璃毡。玻璃毡是10英寸×10英寸的片材,其包括具有约16微米直径的玻璃纤维组件。所有毡都在60℃的对流烘箱中干燥5分钟,以在固化之前将水驱除。固化条件在表3可看到。表3:固化条件

许多玻璃毡在尺寸约束下固化(标记为“CC”),并且与没有尺寸约束而固化但在固化之前预压制(“预”)或固化后后压制(“后P”)的玻璃毡比较。关于拉伸、厚度、Pp平整度、Pz平整度和RMS粗糙度的结果可在表4和图11-15中看到,使用7.5厘米行扫描。

表4:

值得注意的是,与在固化前或固化后在压力下放置的样品相比,在压缩下固化的样品具有改进的厚度、平整度(Pp和Pz)和粗糙度。

实例5

在不同温度下加热玻璃毡和标准脲-甲醛粘结剂的几个等价样品,并且测量厚度。在60℃下,玻璃毡中的粘结剂被干燥并且不固化。在较高温度下,毡中的粘结剂固化。如图16中看到的,干燥片材的厚度明显低于固化的手抄片。图16清楚地证实了由于粘结剂的固化(没有尺寸约束)和空隙的形成,厚度如何增加和玻璃毡的膨胀如何发生。

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