在干法成网工艺中使用的不具有静电的湿法应用的短切原丝的制作方法

专利名称：在干法成网工艺中使用的不具有静电的湿法应用的短切原丝的制作方法
技术领域：
本发明 一般地涉及增强的复合产品，和更特别地涉及由粘结材料和增强纤维形成的短切原丝毡(strand mat)的形成方法，所述短切原 丝毡显示出降低的静电出现机率。
技术背景典型地，通过经衬套或孔板拉伸熔融玻璃形成长丝，并施加含润 滑剂、偶联剂和成膜粘合剂树脂的施胶组合物到长丝上，形成玻璃纤 维。当短切该纤维并储存和/或形成为湿法应用的短切原丝玻璃时，含 高的分散化学品的低固体施胶组合物施加到玻璃纤维股上。在其中短 切纤维分散在水溶液内并形成为原丝毡产品的湿法成网工艺过程中， 这种施胶过程(size)辅助湿法短切的玻璃纤维在白水溶液内分散。含 水的施胶组合物还提供纤维保护避免长丝内磨损并促进玻璃纤维和其 中玻璃纤维在其内用于增强目的的任何基体之间的相容性。在施加施胶组合物之后，可将纤维集束成一股或更多股，并缠绕 到包装内，或者可在湿润的同时短切纤维并收集。然后可干燥收集的 短切原丝并固化形成干法应用的短切原丝玻璃(DUCS)，或者可在湿润 的条件下作为湿法应用的短切原丝玻璃(WUCS)包装它们。这种干燥的短切玻璃纤维原丝在热塑性制品内商业上用作增强材料。本领域已知 与未增强的聚合物相比，玻璃纤维增强的聚合物复合材料具有较高的 机械性能。因此，可釆用玻璃纤维增强的复合材料实现较好的尺寸稳 定性、拉伸强度和模量、弯曲强度和模量、抗冲击性和抗蠕变。原丝毡(它是一种形式的纤维非织造增强剂材料)极其适合于作为 许多种类合成塑料复合材料的增强。由短切玻璃纤维生产玻璃纤维毡 垫的两种最常见的方法是湿法成网加工和干法成网加工。 一般地，在常规的湿法成网加工中，湿法短切的纤维分散在水淤浆内，所述水淤 浆可含有表面活性剂、粘度改性剂、消泡剂或其他化学试剂。 一旦短 切的玻璃纤维引入到淤浆内，则搅拌淤浆，以便纤维分散。含纤维的 淤浆沉积在移动的篩网上，并除去显著大部分的水，形成纤维网。然 后施加粘合剂，和干燥所得毡垫，除去剩余的水并固化粘合剂。所形 成的非织造毡垫是分散的单独的玻璃长丝的组件。当希望非常均匀的 纤维分布时，常常使用湿法成网工艺。常规的干法成网工艺包括诸如气流成网工艺和梳理工艺之类的方 法。在常规的气流成网工艺中，短切干燥的玻璃纤维，并在传输带或 筛网上吹气，并凝固形成毡垫。例如，干燥的短切纤维和聚合物纤维 悬浮在空气中，以松散的纤维网形式收集在筛网或多孔转鼓上，然后 凝固形成随机取向的毡垫。在常规的梳理工艺中， 一系列的旋转鼓被 细丝覆盖，且齿梳玻璃纤维成平行的列，以赋予纤维网方向性能。转 鼓的精确结构取决于毡垫重量和所需的纤维取向。所形成的纤维网可 以平行成网。其中大多数纤维在纤维网行进方向上成网，或者它们可 随机成网，其中纤维不具有特定的取向。干法成网工艺尤其适合于生产高度多孔的毡垫且适合于其中在所 得想垫内希望开放结构以允许各种液体或树脂快速渗透的情况。然而， 这种常规的干法成网工艺倾向于产生在其表面积上不具有均匀重量分 布的毡垫，特别是当与通过常规的湿法成网工艺形成的毡垫相比时。 另外，使用干燥短切的输入纤维可比在湿法成网工艺中所使用的纤维 加工更加昂贵，这是因为在短切之前，在千燥成网工艺中的纤维典型 地在单独的步骤中干燥并包装。对于在形成复合部件中的一些增强应用来说，希望形成其中毡垫 包括开放、多孔结构(与干法成网工艺一样)且具有均匀重量(与湿法成 网工艺一样)的纤维毡垫。因此，本领域继续需要成本有效和高效的方 法形成非织造毡垫，所述非织造毡垫具有基本上均匀的重量分布，并 具有可在生产增强复合部件中使用的开放的多孔结构，该方法克服了 常规的湿法成网和干法成网工艺的缺点。发明内容本发明的目的是提供增强纤维，它证明具有降低的静电出现机率。 增强纤维优选是干燥随后在干法成网工艺中使用的湿法应用的短切原 丝玻璃纤维。用含成膜剂、偶联剂和至少一种润滑剂的施胶组合物涂 布玻璃纤维。在本发明的一个实施方案中，通过增加玻璃纤维上的总 固体含量，例如通过施加过量的施胶组合物到玻璃纤维上，在玻璃纤 维上的静电出现机率将下降或者消除。或者，可增加在施胶过程中存 在的亲水组分的用量，同时维持施胶过程中其他组分起始的用量或者基本上起始的用量。该施胶组合物可以以约0. 4-约2. Owt。/。固体的量 施加到纤维上。在本发明的第二个实施方案中，抗静电剂直接加入到施胶组合物 中，和改性的施胶组合物例如通过施涂辊或喷涂装置施加到玻璃纤维 表面上。抗静电剂可以是在施胶组合物内可溶的任何抗静电剂。 一种 或更多种抗静电剂可加入到施胶组合物中。可将约Q. 05-约0. 20wt°/。 固体用量的抗静电剂加入到施胶组合物中。在第三个实施方案中，在纤维被施胶和短切之后，将抗静电剂直 接加入到玻璃纤维中。在优选的实施方案中，抗静电剂喷洒在玻璃纤 维上，以实现在短切原丝上基本上均勻的抗静电剂分布。可将用量为 约0. 05 -约0. 20wt%固体的抗静电剂加入到玻璃纤维中。本发明的另一目的是提供短切原丝毡，所述短切原丝毡显示出降 低的倾向累积静电。短切原丝毡含有粘结材料和为降低纤维之间静电 出现机率而处理过的增强纤维。优选地，增强纤维是用抗静电剂或者 用过量的此处所述的施胶组分和/或亲水组分处理的湿法应用的短切 原丝玻璃纤维。粘结材料可以是熔点低于增强纤维的任何热塑性或者 热固性材料。短切原丝毡具有均匀或基本上均匀的干燥短切玻璃纤维 和粘结纤维分布，这种基本上均匀的分布提供毡垫改进的强度、隔音 性能、热性能、刚度、抗沖击性和吸音性能。本发明进一步的目的是提供形成短切原丝的方法，所述短切原丝 具有降低的累积静电倾向。干燥为降低纤维之间静电出现机率而处理过的增强纤维和粘结材料，例如此处所述的湿法应用的短切原丝玻璃 纤维，并与粘结纤维混合。希望尽可能均匀地分配干燥的短切纤维和 粘结纤维。然后将干燥短切玻璃纤维和粘结纤维的混合物形成为片材。 可在形成短切原丝毡子中使用 一个或更多个片材成形器。可使片材穿 过热粘合剂，以便热粘结增强纤维和聚合物纤维并形成短切原丝毡。本发明的优点是，用抗静电剂或者用过量此处所述的施胶组分和/i不具有静电或者基本上不具有静电的短+二原丝毡。:玻璃纤维上静强纤维)和粘结纤维在短切原、丝桂、内分布的能;改进，并辅助;成具4 基本上均匀的玻璃纤维和粘结纤维分布的毡垫。本发明的优点还在于不具有静电的湿法应用的短切原丝玻璃纤维 不需要在毡垫制造线内存在抗静电棒或其他抗静电设备。此外，不具物。通过在车间内降低游离纤维或空气中纤维的含量，和降低对形成 毡垫的工人的潜在刺激(所述刺激可由"游离，，的玻璃纤维引起)，在 千燥的湿法应用的短切原丝玻璃纤维上静电的下降或消除还产生工人 友好的环境。考虑到随后的详细说明，本发明的前述和其他目的、特征和优点将更加充分地变得显而易见。然而要明确地理解附图是为了阐述目的， 和不打算解释为是对限定本发明的范围的定义。


考虑到本发明的下述详细公开内容，特别是当结合附图考虑时，本发明的优点将变得显而易见，其中图1是阐述根据本发明的一个方面，在千法成网工艺中使用湿增 强纤维的步骤的流程图；和图2是根据本发明的至少一个例举的实施方案，使用湿法应用的 短切原丝玻璃纤维形成短切原丝毡的气流成网工艺的示意图。
具体实施方式
除非另有说明，此处所使用的所有技术和科学术语具有本发明所 属领域技术人员通常理解的相同含义。尽管可在本发明的实践或试验 中使用与此处所述的任何方法和材料类似或等价的那些，但此处描述 了优选的方法和材料。此处援引的所有参考文献，其中包括公布或授 予美国或外国专利的相应的美国或外国专利申请，或者任何其他参考 文献，在此通过参考全文引入，其中包括在所援引的参考文献中列出 的所有数据、表格、附图和文本。
在附图中，为了清楚起见，线、层和区域的厚度可以放大。此处 使用术语"顶部"、"底部"和"侧面"等仅仅为的是说明目的。要
理解当提到一个元件在另一元件"之上(on)"、"相邻(adjacent)" 或"贴着(against)"时，它可直接在其他元件"之上，，、"相邻"或 "贴着"或可存在插入的元件。还要理解当一个元件在另一元件"上 方(over)"时，它可直接在其他元件上方或者可存在插入的元件。另 外，术语"增强纤维"和"增强的纤维"此处可互换使用。术语"粘 结纤维"和"粘结材料"，以及术语"施胶组合物"和"施胶剂(size)" 分别可互换使用。要注意在整个附图中相同的数字表示相同的元件。
本发明涉及显示出降低的静电出现机率的增强纤维，显示出降低 的静电累积倾向的短切原丝毡，和形成短切原丝毡的方法。短切原丝 祖由增强纤维和有机粘结纤维形成。增强纤维可以是适合于提供良好
的结构质量以及良好的声音和热性能的任何类型的有机、无机、热固 性、热塑性或天然纤维。合适的增强纤维的非限定性实例包括玻璃纤 维、羊毛玻璃纤维、玄武岩纤维、天然纤维、金属纤维、陶瓷纤维、 矿物纤维、碳纤维、石墨纤维、尼龙纤维、人造丝纤维、纳米纤维和 聚合物基热塑性材料，例如但不限于聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯 纤维、聚对苯二曱酸乙二酯(PET)纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚氯乙 烯(PVC)纤维和乙烯乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纤维及其结合物。短 切原丝毡可基本上由一类增强纤维(例如玻璃纤维)形成，或者可在形 成短切原丝毡中使用大于一类以上的增强纤维。结合本发明使用的术 语"天然纤维"是指从植物的任何部分，其中包括但不限于，茎、种子、叶、根或韧皮中提取的植物纤维。优选地，增强纤维是玻璃纤维，
例如A型玻璃纤维、E型玻璃纤维、S型玻璃纤维或ECR型玻璃纤维， 例如Owens Corning的Advantex⑧玻璃纤维。
增强纤维的长度可以是约ll-75mm，和优选长度为约12 -约 30mm。另外，增强纤维的直径可以是约8-约35微米，和优选直径为 约12-约23微米。此外，在短切原丝毡内增强纤维可具有彼此可变 的长度与直径。增强纤维可以以全部纤维的约40-约90wt。/。的用量存 在于短切原丝毡内，和优选以约50-约60wt。/。的用量存在于短切原丝 毡内。
在本发明的方法中，在干燥成网工艺，例如以下所述的干法成网 工艺中使用湿法增强的纤维，形成短切原丝毡。在优选的实施方案中， 湿法应用的短切原丝玻璃(WUCS)纤维用作湿法增强纤维。希望湿法应 用的短切原丝玻璃纤维的含湿量为约5-约30%，和更优选含湿量为 约5-约15%。要注意尽管此处作为优选的湿法增强纤维形式描述了 湿法应用的短切原丝玻璃纤维，但可在本发明中使用本领域技术人员
鉴定一旦干燥时将产生静电荷的任何湿法增强纤维。
可通过从衬套或孔板中拉细熔融玻璃的物流并收集纤维成原丝， 从而形成本发明中使用的湿法应用短切原丝玻璃。可在本发明中使用 生产这种纤维并收集它们成原丝的任何合适的装置。 一旦形成增强纤 维，和在它们收集成原丝之前，用施胶组合物涂布纤维。然后短切原 丝并在湿条件下收集或包装。湿法应用的短切原丝玻璃可以以一包或 一束聚集的单独纤维形式储存。施加施胶组合物，保护增强纤维避免 在随后的加工过程中断裂并改进纤维与待增强的基体树脂的相容性。 施胶组合物还确保玻璃纤维的原丝完整性(例如，形成原丝的玻璃长丝 的互连)。
在湿法应用的短切原丝玻璃中使用的常规施胶组合物中，施胶组 合物是低固体的施胶组合物，它含有一种或更多种成膜聚合物或树脂 组分(成膜剂)、玻璃-树脂偶联剂和在液体介质内溶解或分散的一种 或更多种润滑剂。常规的添加剂，例如杀虫剂可任选地包括在施胶组合物内。这种施胶组合物的优选实例是牌号为9501的Owens Corning 的施胶组合物。其他合适的施胶组合物包括Owens Corning的湿法短 切施胶组合物9502、 786、 685、 777、 790和619。
当在湿法成网工艺中使用湿法应用的短切原丝的玻璃纤维时，在 形成毡垫的整个过程中，纤维保持在润湿的条件下，结果在玻璃纤维 之间没有生成或累积静电。因此，需要很少的施胶组合物来保护湿的 玻璃纤维避免摩擦和磨损，和常规地基于湿的玻璃纤维，以低的重量 百分数(例如约0. 10-约0. 30wty。固体)施加施胶组合物。然而，当在干 法成网工艺中使用湿法应用的短切原丝玻璃时，当玻璃干燥时，在玻 璃纤维之间潜在地大量生成静电，这可引起对工人的安全的问题。另 外，静电的生成和/或累积影响增强纤维和粘结纤维在通过干法成网工 艺中形成的短切原丝毡内的分布，这反过来可对毡垫的物理和机械性 能 具有负面影响。
在本发明的一个例举的实施方案中，通过增加湿的玻璃纤维上总 的固体含量，来降低或消除玻璃纤维上的静电出现机率。在本发明中， 在湿的纤维上增加量的全部固体是固体量大于常规或典型地施加到湿 纤维(例如，湿法应用的短切原丝玻璃纤维)上的固体量。尽管不希望 束缚于理论，但认为若施胶组合物内的亲水组分以足够的用量存在于 玻璃纤维上，则它们充当抗静电剂。可例如通过施加增加量或过量的 施胶组合物到玻璃纤维上来增加在湿的玻璃纤维上的总固体含量。通 过施加增加量的施胶组合物，在玻璃纤维上每一单独的施胶组分的固 体含量增加相同的含量，并维持形成施胶组合物的不同组分的比值。 可施加用量为至少约0. 4wt。/。固体，优选用量为约0. 4 -约2. Owt。/。固体， 和更优选用量为约0. 8-约1. 2wt。/。固体的施胶组合物到湿纤维上。
或者，存在于施胶组合物内的亲水组分的用量(例如成膜剂或润滑 剂)可以增加，同时施胶组合物内的其他组分维持其起始用量或者基本 上其起始用量。希望存在于湿法玻璃纤维上的亲水组分总量为至少约 0. 05wty。的固体，优选用量为约0. 05-约0. 2wty。的固体的用量。通过增 加施胶组合物内亲水组分的用量，存在于纤维上的亲水组分中的固体含量增加。由于偶联剂的成本高，因此希望维持偶联剂的用量与最初 存在于施胶组合物内的用量相同或基本上相同。
在另一例举的实施方案中，将至少一种抗静电剂直接加入到施胶 组合物中。通过任何合适的施涂装置，例如施涂辊或喷涂装置，施加 含抗静电剂的这一 改性的施胶组合物到玻璃纤维上。特别适合于此处 使用的抗静电剂包括在施胶组合物中可溶的抗静电剂。合适的抗静电
剂的实例包括 Katax 6660A(获自 Cognis Corporation)， Emerstat⑧6660和Emerstat⑧6665 (获自Emery Industries, Inc.的季 铵抗静电剂)，Neoxil AO 5620 (获自DSM Resins的阳离子有才几烷氧 化季铵抗静电剂)、Larostat 264A(获自BASF的季铵抗静电剂)、四乙 基氯化铵、氯化锂、脂肪酸酯、乙氧化胺、季铵化合物。可将一种或 更多种抗静电剂加入到施胶组合物中。可将用量为至少约0. 05wt。/。固 体，和优选用量为约0. 05-约0. 2wt。/。的固体的抗静电剂加入到施胶组 合物中。
在替代的实施方案中，在包装之前，施加抗静电剂到湿法应用的 短切原丝玻璃上。可在短切原丝之前，或者当湿的短切原丝收集并包
装时将抗静电剂喷洒在玻璃原丝上。可根据通过衬套的熔融玻璃的通 过量，按比例自动调节施加到短切玻璃上的抗静电剂量。优选地，喷 洒抗静电剂到短切玻璃上，以实现在短切原丝上基本上均匀的抗静电 剂分布。通过直接在玻璃纤维上喷洒抗静电剂，不存在溶解度或与施 胶组合物的相容性问题。另外，喷洒抗静电剂到短切原丝玻璃上将使 废物减少，因为100%或约100%的抗静电剂置于玻璃上且在成形工艺 中没有损失。可将用量为至少约0. 05wt%,和优选用量为约0. 05-约 0. 2wty。固体的抗静电剂加入到玻璃纤维上。
可在干法成网工艺中使用以上所述的低静电或者"不具有静电" 的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，形成具有降低的静电累积倾向的短 切原丝毡。在图1中一般地示出了使用以上所述的低静电或"不具有 静电"的冊CS纤维，形成短切原丝毡的例举的干法成网工艺，并包括
至少部分开松湿法应用的短切原丝玻璃纤维和粘结纤维(步骤ioo)，共混短切玻璃纤维和粘结纤维(步骤110)，将短切的玻璃纤维和粘结 纤维成形为片材(步骤120)，任选地针织该片材，得到片材结构的完 整性(步骤130)，和粘结短切的玻璃纤维与粘结纤维(步骤140)。
没有限定粘结材料，和可以是熔点低于增强纤维的任何热塑性或 热固性材料。适合于在短切原丝毡中使用的热塑性和热固性材料的实 例包括，但不限于聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二曱 酸乙二酯(PET)纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚氯乙烯(PVC)纤维、乙烯 乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纤维、丙烯酸低级烷酯聚合物纤维、丙烯 腈聚合物纤维、部分水解的聚乙酸乙烯酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙 烯基吡咯烷酮纤维、苯乙烯丙烯酸酯纤维、聚烯烃、聚酰胺、聚硫醚、 聚碳酸酯、人造丝、尼龙、酚类树脂、环氧树脂和丁二烯共聚物，例 如苯乙烯/丁二烯橡胶(SBR)和丁二烯/丙烯腈橡胶(NBR)。希望使用一 类或更多类热固性材料形成模塑毡垫。粘结材料可以以全部纤维重量 的约10-约60wt。/。，和优选约40-约50wt。/。的用量存在于模塑毡垫内。
另外，可用酸基官能化粘结纤维，例如通过用酸，例如马来酸或 者丙烯酸羧化粘结纤维，或者可通过添加酸酐基或乙酸乙烯酯官能化 粘结纤维。粘结材料也可以是聚合物毡垫、薄片、颗粒、树脂或粉末 形式而不是聚合物纤维形式。
粘结材料也可以是多组分纤维，例如双组分聚合物纤维、三组分 聚合物纤维或塑料涂布的矿物纤维，例如热固性材料涂布的玻璃纤维 的形式。双组分纤维可以以核-壳、肩并肩、海岛或分段馅饼布局排 列。优选地，双组分纤维形成为核-壳布局，其中壳由第一聚合物纤 维形成，所述壳基本上包围由第二聚合物纤维形成的核。不要求壳纤 维完全包围核纤维。第一聚合物纤维的熔点低于第二聚合物纤维的熔 点，以便一旦加热双组分纤维到第一聚合物纤维(壳纤维)的熔点以上 和第二聚合物纤维(核纤维)熔点以下的温度时，第一聚合物纤维将软
化或熔融，而第二聚合物纤维保持完整。第一聚合物纤维(壳纤维)的 这种软化将引起第一聚合物纤维变粘并粘结第一聚合物纤维到自身和 可能紧密地靠近的其他纤维上。可使用许多材料的结合物，制备双组分聚合物纤维，例如，但不 限于，使用聚酯、聚丙烯、聚硫醚、聚烯烃和聚乙烯纤维的结合物。 双组分纤维的具体聚合物结合物包括聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯、聚 对苯二甲酸乙二酯/聚乙烯和聚丙烯/聚乙烯。其他非限定性的双组分
纤维的实例包括共聚酯聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸乙二酯
(coPET/PET)、聚对苯二甲酸l，4-环己二甲酯/聚丙烯(PCT/PP)、高密 度聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(HDPE/PET)、高密度聚乙烯/聚丙烯 (HDPE/PP)、线性低密度聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(LLDPE/PET)、尼 龙6/尼龙6， 6 (PA6/PA6， 6)和二元醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯/聚对 苯二甲酸乙二酯(6PETg/PET)。当双组分纤维用作粘结材料的组分时， 双组分纤维可以以全部纤维重量的最多约20wt。/。的用量存在。
双组分聚合物纤维的纤度可以是约1-约18旦，和长度为约2-约4mm。优选笫一聚合物纤维(壳纤维)的熔点在约150-约400°F范围 内，和甚至更优选在约170-约300。F范围内。第二聚合物纤维(核纤 维)具有较高的熔点，优选高于约350"F。
湿法应用的短切原丝的玻璃纤维和形成粘结材料的纤维典型地以 一束单独纤维形式聚集。现翻到图2,湿法应用的短切原丝的玻璃纤 维200被喂入到第一开松系统220中和粘结纤维210被喂入到第二开 松系统230中，以便分别至少部分开松湿法短切的玻璃纤维包和粘结 纤维包。开松系统起到解开(decouple)簇状纤维并提高纤维与纤维接 触的作用。第一和第二开松系统220、 230优选是松包机，但可以是适 合于开松粘结纤维包210和湿法应用的短切原丝玻璃纤维包200的任 何类型的开松机。在本发明中使用的合适的开松机包括有或无称重装 置的任何常规的标准类型的松包机。
尽管图1和2描述的例举的工艺显示出通过第二开松系统230开 松粘结纤维210，但若粘结纤维210以长丝化形式(未示出)存在或者 获得，而不是以包的形式存在或获得的话，则可将粘结纤维210直接 喂入到纤维转移系统250中。这一实施方案被视为在本发明的范围内。 在其中粘结材料为薄片、颗粒或粉末形式(在图2中未示出)，而不是粘结纤维的替代实施方案中，第二开松系统230可用适合于分配粉化 或片状粘结材料到纤维转移系统250中以供与WUCS纤维200混合的装 置替代。本领域的技术人员可容易地鉴定合适的装置。还认为在本发 明范围内的是，湿法应用的短切原丝的玻璃纤维200可直接喂入到冷 凝单元240 (图2)中，特别是若它们以长丝化或部分长丝化形式提供的 话。
可从第一开松系统220剂量或喂入至少部分开松的湿法应用的短 切原丝玻璃纤维200到冷凝单元240中，以便从湿纤维中除去游离水。 在例举的实施方案中，除去大于约70%的游离水(增强纤维外部的 水)。然而，优选通过冷凝单元240除去基本上所有的水。应当注意此 处所使用的措辞"基本上所有的水"是指除去所有或几乎所有的游离 水。冷凝单元240可以是本领域已知的任何已知的干燥或除去水的装 置，例如，但不限于，空干器、烘箱、辊、抽吸泵、加热转鼓干燥器、 红外加热源、热空气吹风机或微波发射源。
通过纤维转移系统250 —起共混千燥或基本上干燥的短切原丝玻 璃纤维(在图1和2中未示出)和粘结纤维210。在优选的实施方案中， 在高速空气物流中共混纤维。纤维转移系统250充当导管输送粘结纤 维210和干燥的湿法应用的短切玻璃纤维到片材成形机270中且在空 气物流内基本上均匀地混合纤维。希望尽可能均匀地分配干燥的短切 纤维和粘结纤维210。可通过相对于第一和第二开松系统220、 230， 通过以上所述的称重装置，或者通过纤维穿过第一和第二开松系统 220、 230时的含量和/或速度，来控制在纤维转移系统250中，进入 空气物流内的干燥的短切纤维和粘结纤维210之比。在优选的实施方 案中，存在于空气物流内的干燥的短切玻璃纤维与粘结纤维210之比 分别为90: 10的干燥短切纤维与粘结纤维210。
在纤维转移系统250中，可通过空气物流转移干燥的短切玻璃纤 维和粘结纤维210的混合物到片材成形机270中，在此纤维成形为片 材。可在形成短切原丝毡中使用一个或更多个片材成形机。在本发明 的一些实施方案中，在进入片材成形机270内之前，共混的纤维通过纤维转移系统250传输到装料箱塔(filling box tower) 260中，在此 干燥的短切玻璃纤维和粘结纤维210例如通过计算机监控的电子称重 装置按体积喂入到片材成形机270中。装料箱塔260可位于片材成形 机270内部或者它可位于片材成形机270外部。装料箱塔260也可包 括挡板进一步共混和混合干燥的短切玻璃纤维和粘结纤维210,之后 进入片材成形机270中。在一些实施方案中，可使用具有冷凝器和分 配传输带的片材成形机270，以实现较高速度纤维喂入到装料箱塔260 中和通过装料箱塔260的空气体积增加。为了实现改进的开松纤维交 叉分布，分配器传输带可在片材方向的横向上运转。结果，粘结纤维 210和干燥的短切纤维可在很少或不具有压力和最小纤维断裂的情况 下，转移到装料箱塔260内。
通过片材成形机270形成的片材含有在所需比例和重量分布下千 燥短切玻璃纤维和粘结纤维210的基本上均匀分布。通过片材成形机 270形成的片材的重量分布可以为约250 -约2500g/m2，其中优选重量 分布为约800 -约l楊g/m2。
在本发明的一个或更多个实施方案中，对离开片材成形机270的 片材任选地在针刺制毡装置280中进行针织加工，在此钩针或叉形针 以向下和/或向上的运动方式被推动经过片材的纤维，以缠结或捻合千 燥的短切玻璃纤维和粘结纤维210并赋予毡垫机械强度和完整性。通 过使钩针针刺制毡针反复出入片材，来实现干燥短切玻璃纤维和粘结 纤维210的机械联锁(interlocking)。本领域的技术人员可容易地鉴 定最佳针，其中选择所述最佳针，为的是与本发明方法使用的所选特 定的增强纤维和聚合物纤维一起使用。
尽管使用粘结材料210彼此粘结干燥的短切玻璃纤维，但在使片 材穿过热粘结系统290之前，可作为额外的粘合剂添加粘合剂树脂 285。粘合剂树脂285可以是树脂粉末、薄片、颗粒、泡沫或液体喷雾 剂形式。可通过任何合适的方式，例如溢流和提取方法或者通过喷洒 粘合剂树脂285到片材上，从而添加粘合剂树脂285。加入到片材上 的粘合剂树脂285的用量可根据短切原丝毡所需的特征而变化。可使用催化剂，例如氯化铵、对曱苯、磺酸、硫酸铵、磷酸铵或硝酸锌，
以改进固化的粘合剂树脂285的固化速度和质量。
或者单独或者除了此处所述的其他粘结方法以外，进一步粘结增 强纤维200可使用的另一方法是胶乳粘结。在胶乳粘结中，由诸如乙 烯(Tg-125。C)、 丁二烯(Tg-78D、丙烯酸丁酯(Tg-52。C)、丙烯酸乙 酯(Tg-22'C)、乙酸乙烯酯(Tg30'C)、氯乙烯(Tg80。C)、曱基丙烯酸甲 酯(Tgl05。C)、苯乙烯(Tgl05。C)和丙烯腈(Tgl30。C)之类的单体形成的 聚合物用作粘合剂。较低玻璃化转变温度(Tg)导致较软的聚合物。可 在片材进入到热粘结系统290之前，作为喷雾剂施加胶乳聚合物。一 旦片材进入热粘结系统290中，则胶乳聚合物熔融并一起粘结干燥的 短切玻璃纤维。
可单独或结合此处所述的其他粘结方法使用的进一步的任选的粘 结方法是化学粘结。液体基粘合剂、粉末粘合剂、泡沫体，和在一些 情况下，有机溶剂可用作化学粘合剂。化学粘合剂的合适实例包括， 但不限于，丙烯酸酯聚合物和共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物，乙酸 乙烯酯乙烯共聚物及其结合物。例如，聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯乙酸 乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)、丙烯酸低级烷酯聚合物、苯乙烯-丁二烯橡 胶、丙烯腈聚合物、聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯，和 偏氯乙烯与其他单体的共聚物，部分水解的聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚乙烯基吡咯烷酮、聚酯树脂和苯乙烯丙烯酸酯可用作化学粘合剂。 可通过浸渍、涂布或喷洒片材，均匀地施加化学粘合剂。
或者在片材离开片材成形机270之后或者在任选地针织片材之 后，可使片材穿过热粘结系统290，粘结干燥的短切玻璃纤维和粘结 纤维210并形成短切原丝毡300。然而，要理解若片材在针刺制毡装 置280中针织，和机械粘结干燥的短切玻璃纤维和粘结纤维210，则 可能不需要使片材穿过热粘结系统290来形成短切原丝毡300。
在热粘结系统290中，加热片材到比粘结纤维210的熔点高但比 干燥的短切玻璃纤维熔点低的温度下。当双组分纤维用作粘结纤维 210时，在热粘结系统290内的温度升高到比壳纤维的熔融温度高但比干燥的短切玻璃纤维的熔融温度低的温度。加热粘结纤维210到比 其熔点高的温度，或者在粘结纤维210是双组分纤维的情况下比壳纤 维熔点高的温度下将引起粘结纤维210变得具有粘合性并粘结粘结纤 维210到自身和相邻的干燥短切玻璃纤维上。若粘结纤维210完全熔 融，则熔融的纤维可包封干燥的短切玻璃纤维。只要在热粘结系统290 内的温度没有升高到与干燥短切原丝玻璃纤维和/或核纤维的熔点一 样高的温度，则在热粘结系统290和短切原丝毡300中这些纤维仍为 纤维形式。
热粘结系统290可包括本领域已知的任何已知的加热和/或粘结 方法，例如烘箱粘结，使用强制空气的烘箱粘结、红外加热、热压延、 带式压延、超声粘结、微波加热和加热鼓。任选地可结合粘结干燥的 短切原丝玻璃纤维和粘结纤维210,使用这些粘结方法中的两种或更 多种。热粘结系统290的温度根据特定粘结纤维210、所使用的粘合 剂树脂和/或胶乳聚合物，和双组分纤维是否存在于片材内而变化。离 开热粘结系统290的短切的纤维股垫300含有均匀或基本上均匀的分 布的千燥短切玻璃纤维和粘结纤维210，这种分布提供毡垫300改进 的强度、声音和热性能、刚度、抗沖击性和吸音性能。另外，所形成 的短切原丝毡300具有基本上均匀的重量一致性和均勻的性能。
可在许多应用中使用短切原丝毡300，例如在机动车应用中的增 强材料，例如在头衬(headliner)、机罩衬里、地板衬里(floor liner)、 装饰面板(trim panel)、包裹架、遮阳伞、仪表板结构、门内层(door inner)和类似物中，在用于航海工业的手工敷层(造艇业)、真空和压 力袋、冷压模塑、金属对模模塑和离心铸塑中。也可在许多非结构的 声学应用中使用短切原丝毡300，例如用具、办公屏风和隔挡、天花 板砖(ceiling tile)和建筑面板。
本发明的优点是，可通过改变短切原丝毡中所使用的增强纤维和/ 或粘结纤维的重量、长度和/或直径，来优化和/或设计毡垫的物理性 能。结果可制造大范围变化的各种短切原丝毡和由该短切原丝毡形成 的复合产品。同样有利的是根据本发明形成的湿法应用的短切原丝玻璃纤维提 供不具有静电或基本上不具有静电的短切原丝毡。在玻璃纤维上降低
增强纤维)和粘结纤维在短切原丝桂内分布的能^ ，并辅助形成k璃纤 维和粘结纤维基本上均匀分布的毡垫。
另外，不具有静电的湿法应用的短切原丝玻璃纤维不需要在毡垫 的制造线中存在抗静电棒或其他抗静电设备。此外，不具有静电的
wucs不需要在短切原丝毡的制造线中存在和/或使用抗静电的化学混 合物。在wucs纤维上静电的减少或消除还降低在车间内游离纤维或空
气中纤维的含量，和降低对形成毡垫的工人的潜在刺激(所述刺激可由 "游离"的玻璃纤维引起)，从而产生工人友好的环境。
在一般地描述本发明的基础上，通过参考以下所示的一些具体实 施例，可获得进一步的理解，其中提供所述实施例的目的仅仅是阐述 和不打算全部包括在内或者有所限制，除非另有说明。
实施例
将70g40% Katax 6660-A (抗静电剂)溶液加入到15kg0wens Corning牌号9501的施胶组合物中，并搅拌，均化该施胶组合物。在 收集纤维成纤维股之前，通过施涂辊施加施胶组合物到玻璃纤维上。 然后短切湿法应用的纤维并在12(TC下干燥12小时。对干燥的纤维进
行反复玻璃摩擦的模拟，正如在常规的干法成网片材模塑线中看到的 一样。使用Rothschild Static-Voltmeter R-4021,测量在玻璃纤维 上生成的静电。在21。C和43%的相对湿度下进行静电测量。在35V
玻璃纤维的静电值。
、，\ ，、
为了比较，用Owens Corning 9501施胶组合物(没有添加抗静电 剂)涂布湿法应用的短切原丝玻璃纤维。短切湿法应用的玻璃纤维，干 燥，并如上所述测量抗静电值。在1000V下测量用没有添加抗静电剂 的Owens Corning 9501施胶组合物涂布的玻璃纤维上生成的静电。 在加工问题，例如纤维聚集出现之前，常规的干法成网设备可耐受玻璃纤维上最多约100V的静电。因此，最多约100V的静电值被视为"不具有静电"。根据以上列出的数据，可得出结论用改性的施胶 剂溶液(它含有外加的抗静电剂)处理的湿法应用的短切原丝玻璃纤维 证明具有降低在湿法应用的短切原丝玻璃纤维上累积静电的倾向，特 别是当与不含抗静电剂的施胶组合物相比时。还可得出结论，用改进 的施胶组合物涂敷的湿法应用的短切原丝玻璃纤维"不具有静电"。 以上通过一般说明和具体的实施方案描述了本申请的发明。尽管 以认为优选的实施方案形式列出了本发明，但可在一般公开范围内选 择本领域技术人员已知的宽泛的各种替代方案。在其他情况下本发明 不受限制，除非在以下列出的权利要求中引用。
权利要求
1.一种低静电的非织造的短切原丝毡，它包括干燥的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中处理所述湿法应用的短切原丝玻璃纤维，以便降低在所述干燥的湿法应用短切原丝玻璃纤维上静电出现机率；和熔点低于所述干燥的湿法应用短切原丝玻璃纤维熔点的热塑性粘结材料，所述热塑性粘结材料粘结至少一部分所述干燥的短切原丝玻璃纤维和所述热塑性粘结材料；和其中所述干燥的湿法应用的短切原丝玻璃纤维和所述热塑性粘结材料在整个所述短切的纤维股垫中基本上均匀分布。
2. 权利要求1的非织造的短切原丝毡，其中所述干燥的湿法应用 短切原丝玻璃纤维包括表面，和用含成膜剂、偶联剂，和一种或更多种 润滑剂的施胶组合物以约0. 4 -约2. Owt。/。固体的量涂布所述玻璃纤维的 所述表面的至少一部分。
3. 权利要求2的非织造的短切原丝毡，其中所述施般组合物包括 用量为约0. 05 -约0. 2wt。/。固体的亲水剂。
4. 权利要求1的非织造的短切原丝毡，其中所述干燥的湿法应用 短切原丝玻璃纤维包括表面，和所述玻璃纤维的所述表面的至少一部分 含有抗静电剂。
5. 权利要求4的非织造的短切原丝毡，其中所述抗静电剂是加入 到施胶组合物中的组分，其中施加所述施胶组合物到所述干燥的湿法应 用短切原丝玻璃纤维的表面上，所述施胶组合物含有成膜剂和偶联剂、 一种或更多种润滑剂。
6. 权利要求4的非织造的短切原丝毡，其中添加用量为约0. 05 -约0. 2wty。的所述抗静电剂到所述施胶组合物中。
7. 权利要求4的非织造的短切原丝毡，其中所述抗静电剂选自季 铵化合物、四乙基氯化铵、氯化锂、脂肪酸酯和乙氧化胺。
8. 形成低静电的非织造的短切原丝毡的方法，该方法包括下述步形成抗静电材料施加到其至少 一部分表面上的湿法应用的短切原丝玻璃纤维；从所述湿法应用的短切原丝玻璃纤维中除去水，形成干燥的短切原 丝纤维；共混所述干燥的短切纤维和热塑性粘结材料，形成所述干燥的短切 纤维和所述热塑性粘结材料的混合物；将所述千燥的短切纤维和所述热塑性粘结材料的所述混合物成形为片材；和粘结所述干燥的短切纤维的至少一部分和所述热塑性粘结材料，形 成短切的纤维股垫。
9. 权利要求8的方法，其中所述抗静电材料是选自抗静电剂，含 抗静电剂的施胶组合物，和含用量为约0. 05-约0. 2wt。/。的亲水剂的施 胶组合物中的一种成员，其中所述施胶组合物包括成膜剂、偶联剂和至 少一种润滑剂。
10. 权利要求8的方法，其中形成所述湿法应用的短切原丝玻璃纤 维的所述步骤包括添加抗静电剂到含成膜剂、润滑剂和偶联剂的施胶组合物中；和丝玻璃纤维的表面上。
11. 权利要求8的方法，其中形成所述湿法应用的短切原丝玻璃纤 维的所述步骤包括施加抗静电剂到所述湿法应用的短切原丝玻璃纤维的表面上。
12. 权利要求8的方法，其中形成所述湿法应用的短切原丝玻璃纤 维的所述步骤包括施加用量为约0.4-约2. Owt。/。固体的含成膜剂、润滑剂和偶联剂的 施胶组合物到所述湿法应用的短切原丝玻璃纤维的表面上。
13. 权利要求12的方法，其中所述施胶組合物含有用量为约0. 05 -约0. 2wt%固体的亲水剂。
14. 在干法成网工艺中使用的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，它包括在其至少一部分表面上具有抗静电材料的湿法应用的短切原丝玻 璃纤维。
15. 权利要求14的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中所述抗静 电材料是加入到施胶组合物中的抗静电剂，其中施加所述施胶组合物到 所述湿法应用的短切原丝玻璃纤维表面上，和所述施胶组合物含有成膜 剂、偶联剂和一种或更多种润滑剂。
16. 权利要求15的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中以约O. 05 -约0. 2wt。/。的用量添加所述抗静电剂到所述施胶组合物中。
17. 权利要求14的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中所述抗静 电材料是含成膜剂、偶联剂和一种或更多种润滑剂的施胶组合物，其中 所述施胶组合物包括用量为约0. 05-约0. 2w"/。固体的亲水剂。
18. 权利要求17的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中以含量约 0. 4 -约2. Owty。固体的量施加所述施胶组合物到所述湿法应用的短切原 丝玻璃纤维上。
19. 权利要求14的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，其中所述抗静 电材料是选自季铵化合物、四乙基氯化铵、氯化锂、脂肪酸酯和乙氧化 胺中的抗静电剂。
全文摘要
由粘结材料和湿法短切原丝玻璃纤维(WUCS)形成的短切原丝毡的形成方法，它显示出降低的静电出现机率。在一个例举的实施方案中，通过增加在玻璃纤维上的总固体含量，例如通过施加增加或过量的施胶组合物到玻璃纤维上，降低或消除在玻璃纤维上的静电出现机率。或者，可将抗静电剂直接加入到施胶组合物中，并通过任何合适的施涂装置，施加到玻璃长丝上。可在短切原丝之前或者当包装湿法短切原丝时，施加抗静电剂到湿法短切原丝玻璃上。可在干法成网工艺中使用不具有静电的湿法应用的短切原丝玻璃纤维，形成静电累积倾向下降的短切原丝毡。
文档编号C08J5/08GK101287686SQ200680025454
公开日2008年10月15日 申请日期2006年7月10日 优先权日2005年7月11日
发明者B·J·罗肯斯, E·哈克, S·E·贝克尔 申请人:欧文斯科宁知识产权资产有限公司