Die vorliegende Erfindung betrifft Faservliesmatten mit wenigstens zwei Lagen, wobei eine Oberflächenlage feine Fasern und/oder Partikel darin aufweist, wobei beide Lagen mit einem selben Harzbindemittel gut zusammen und aneinander gebunden werden. Die Matten, die gemäß dieser Erfindung hergestellt werden, sind nützlich als Deckschicht für alle Arten von Platten, wie z. B. Holzplatten, Holzproduktplatten, Isolierplatten und Hartfaserplatten aller Art, und auch als Verstärkung und Dimensionsstabilisatoren für die Herstellung einer großen Zahl an Laminatprodukten und für eine Unzahl anderer Verwendungsmöglichkeiten. Diese Matten werden auf einer herkömmlichen Vorrichtung für nassabgelegte Vliesmatten hergestellt mit Ausnahme einer Modifikation am Bindemittelherstellungssystem, einem erfinderischen Schritt bei der Herstellung des Bindemittels und bei der Auswahl der Inhaltsstoffe für eine Bindemittelmasse.

Es ist bekannt, Vliesfasermatten aus Fasern, wie z. B. Glas-, Polyester-, Polypropylen-, Polyethylen-, Zellulose-, Keramik- und vielen anderen Arten von Fasern herzustellen und diese Fasern mit einem wärmehärtbaren oder thermoplastischen Harzbindemittel, wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd, Akryl, Melaminformaldehyd mit oder ohne Harnstoffzusätze, Polyvinylazetat und anderen Harzen oder Gemischen daraus zu Matten aneinander zu binden, um Faservliesmatten herzustellen (siehe EP 0 138 657 A). Solche Matten werden verwendet, um eine Unzahl von Dach-, Bau- und Fahrzeugprodukten herzustellen. Es ist auch bekannt, ein Akrylcopolymerlatex, wie z. B. ein selbstvernetzendes Akrylcopolymer von der Art eines anionischen Emulsionsbildners, als eine Komponente eines Bindemittels aus wenigstens zwei Komponenten zu verwenden, um Glasfasern und thermoplastische Partikel zu binden, um ein glasfaserverstärktes Blatt herzustellen, das später zu verschiedenen Formen und Artikeln heiß geformt werden kann, wie in US-Patentschrift Nr. 5,393,379 offenbart. Es ist auch bekannt, Gipskartonplatten mit Faservliesmatten zu bedecken, wie in US-Patentschrift Nr. 5,772,846 und 4,647,496 offenbart.

Es ist auch bekannt, Partikel von thermoplastischem Harz zu einer wässrigen Fasermasse hinzuzufügen, die verwendet wird, um eine Matte herzustellen, die später heißgestampft oder warmgeformt werden kann. Wenn das gemacht wird, ist die entstehende Vliesmatte durch ihre Dicke gleichmäßig. Beispiele für Glasfaservliesmatten, die Partikel von thermoplastischem Material wie z. B. Polyvinylchlorid, Polypropylen usw. enthalten, sind in der offengelegten Europäischen Patentanmeldung 0148760 und 0148761 offenbart. In EP 0148760 ist die Matte mit wässrigen Bindemitteln wie z. B. Polyvinylalkohol, Stärke, Phenolformaldehyd usw. zusammengebunden. Gemäß den Offenbarungen dieser beiden EP-Anmeldungen liegt (liegen) die partikuläre(n) thermoplastischen(n) Komponente(n) in der Matte in Mengen von 40– 80 Gewichtsprozent vor, und die Matte wird einer erhöhten Temperatur und erhöhtem Druck ausgesetzt, um die thermoplastischen Partikel zu einer durchgehenden thermoplastischen Matrix zu verschmelzen und verfestigen, die mit Glasfasern verstärkt ist. Solche Matten wären nicht als Deckschicht für das Isolier-Gipskartonplattenprodukt geeignet, wie z. B. die Platte, die in US-Patentschrift 4,647,496 offenbart ist.

Eine Oberfläche von Faservliesmatten, die auf einer Vorrichtung für nassabgelegte Matten hergestellt werden, die keine Beschichtungsausrüstung darauf aufweist, unterscheidet sich leicht von der gegenüberliegenden Oberfläche auf Grund der Bindemittelmigration und/oder auf Grund dessen, dass eine Seite auf einem Drahtband liegt, während die andere Seite vollständig freiliegend ist und während des Bildens und Trocknens nicht in physischem Kontakt mit irgendeinem begrenzenden Artikel steht. Dennoch sind die zwei Seiten in ihrer Durchlässigkeit und Glattheit ziemlich ähnlich und beide Seiten weisen freiliegende Fasern auf. Es ist bekannt, eine Matte auf der Fertigungslinie nach dem Trocknen zu beschichten und vor dem Trocknen sehr leichte oder sehr dünne Beschichtungszusammensetzungen auf eine nasse Matte zu sprühen. Diese Beschichtungsverfahren erfordern entweder eine extra Ausrüstung und Behandlung der Matte oder sind für schwerere Beschichtungen ungeeignet, wenn nicht die Bildungsgeschwindigkeit auf ein unannehmbares Maß verlangsamt wird, oder für Beschichtungen, die Partikel über bestimmten Größen enthalten. Es ist auch bekannt, eine Vliesmatte üblicherweise in einem sekundären Vorgang zu beschichten, um eine Oberfläche der Matte abzudichten und/oder eine glattere Oberfläche herzustellen.

Es wäre erstrebenswert, eine Matte mit einer glatten und weniger durchlässigen Oberfläche bei normalen Mattenbildungsgeschwindigkeiten herzustellen, ohne dass über der gebildeten Matte zu der Vorrichtung eine Ausrüstung hinzugefügt werden muss, wo sie schmutzig wird und schwierig zu reinigen ist, ohne dass Fremdmaterial in die Matte, die hergestellt wird, eingebracht wird und ohne dass wesentliche zusätzliche Verarbeitungsvorgänge zu den Vliesmattenverfahren und -fertigungslinien hinzugefügt werden. Obwohl Gipskartonplatten, die mit Glasfasermatten bedeckt sind, in der Vergangenheit gute Leistungen erbracht haben, ist es erstrebenswert, die Glasfasern besser zu verstecken, um zu verhindern, dass sich die Fasern an der Oberfläche der Matte teilweise oder gänzlich loslösen und eine rauhe Oberfläche bilden; aber das ist vor dieser Erfindung nicht im erforderlichen Ausmaß umgesetzt worden.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine mehrlagige Faservliesmatte mit einem Körperabschnitt, wobei der Körperabschnitt eine Masse aus Vliesfasern mit oder ohne Partikel, die mit einem Harzbindemittel zusammen gebunden sind, und einen Oberflächenabschnitt umfasst, der Fasern und/oder Partikel enthält, die mit dem selben genannten Harzbindemittel zusammen gebunden sind, wobei der Oberflächenabschnitt im Wesentlichen anders ist als der Haupt- oder Körperabschnitt der Vliesmatte. Der Körperabschnitt macht einen Hauptabschnitt des Flächengewichtes (Gewicht pro Flächeneinheit) der Matte aus, während der Oberflächenabschnitt einen kleineren Abschnitt des Flächengewichtes der Matte ausmacht. Die Fasern, die für den Oberflächenabschnitt verwendet werden, sind vorzugsweise kürzer als ein Viertel Inch und länger als 100 Mikron.

Wenn sie in dem Oberflächenabschnitt gemäß dieser Erfindung verwendet werden, sind Partikel vorzugsweise so groß, dass weniger als einige Prozent, vorzugsweise weniger als ein Gewichtsprozent der Partikel durch die Öffnungen zwischen den Fasern in der Vliesmatte treten. Je kleiner der Durchmesser der Fasern im Körperabschnitt, desto kleiner sind die Öffnungen im Körperabschnitt und desto kleiner sind die Partikel und Fasern, die im Oberflächenabschnitt verwendet werden können. Vorzugsweise liegen die Partikel im Größenbereich von minus 40 und plus 100 US-Standard-Mesh und können eine niedrigere Bauschdichte als Wasser aufweisen. Wenn die Partikel zu klein sind, fließen zu viele ein Stück oder ganz durch den Körperabschnitt der Matte, was weniger erstrebenswert ist. Es ist zulässig, dass manche oder ein kleiner Teil der Partikel in wenigstens einen Zwischenabschnitt des Körperabschnittes der Matte fließt. Diese letztere Ausführungsform stellt eine bessere Bindung zwischen den zwei Lagen, dem Körperabschnitt und dem Oberflächenabschnitt, her und hilft auch, die Durchlässigkeit der geschichteten Matten zu verringern. Der Oberflächenabschnitt der Matte der vorliegenden Erfindung weist eine im Wesentlichen niedrigere Durchlässigkeit oder Porengröße oder beides auf, als der Körper- oder Hauptabschnitt der Faservliesmatte. Eine freiliegende Oberfläche des Oberflächenabschnittes kann auch im Wesentlichen glatter als eine freiliegende Oberfläche des Körperabschnittes der Faservliesmatte sein. Vorzugsweise enden wenigstens 99 Prozent der Partikel oder Fasern im Bindemittel, das auf die Matte gegeben wird, in der Oberflächenabschnittslage der mehrlagigen Vliesmatte. Vorzugsweise weisen die mehrlagigen Matten der vorliegenden Erfindung zwei Lagen auf, eine Körperabschnittslage und einen Oberflächenlagenabschnitt.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung der Faservliesmatte, die oben beschrieben ist, umfassend das Dispergieren von Fasern, wie z. B. Glasfasern, in einer wässrigen Masse, das Sammeln der dispergierten Fasern auf einer sich bewegenden durchlässigen Unterlage, um eine Faservlieslage zu bilden, das Entfernen von überschüssigem Wasser aus der Faservlieslage, das Aufbringen eines wässrigen Harzlatexbindemittels, das Partikel und/oder Fasern enthält, auf die oberste Oberfläche der sich rasch bewegenden, nassen Vliesfaserlage, das Entfernen von überschüssigem Latex oder wässrigem Harz, das Trocknen der Vliesmatte und das Vulkanisieren des Harzbindemittels, um eine Vliesmatte mit einer Oberflächenlage zu bilden, die sich wesentlich vom Faservlieskörper der Matte unterscheidet. Das wässrige Harzbindemittel kann auch vor der Verwendung geschäumt werden.

1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Nassmattenverfahrens, das einen wahlweisen Bindemittelmischtank aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein schematischer Querschnitt eines Abschnittes des Verfahrens von 1 und zeigt den Bindemittel-Aufbringungsabschnitt und die Anwendung der vorliegenden Erfindung, um Matten der vorliegenden Erfindung herzustellen.

Es ist bekannt, Verstärkungsvliesmatten aus Glasfasern herzustellen und diese Matten als Substrate bei der Herstellung einer großen Zahl an Dach- und anderen Produkten zu verwenden. Jedes bekannte Verfahren zur Herstellung von Vliesmatten kann in dieser Erfindung verwendet werden, wie z. B. die herkömmlichen Nassablegeverfahren, die in US-Patentschrift 4,129,674, 4,112,174, 4,681,802, 4,810,576 und 5,484,653 beschrieben sind, deren Offenbarungen hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert werden. In diesen Verfahren wird eine Masse aus Glasfasern hergestellt, indem Glasfasern zu einem typischen Siebwasser in einem Pulper hinzugefügt werden, um die Fasern im Siebwasser zu dispergieren und eine Masse mit einer Faserkonzentration von etwa 0,2–1,0 Gew.-% zu bilden, die Masse in einen Strom von Siebwasser zugemessen wird, um die Faserkonzentration auf 0,1 Gewichtsprozent oder weniger zu verdünnen, und dieses Gemisch zum Entwässern auf ein sich bewegendes Gitterformsieb abgelegt wird, um eine nasse Faservliesmatte zu bilden. Diese nasse Vliesmatte wird dann durch eine Bindemittelaufbringung geführt, wo ein wässriges Harzbindemittel im Überfluss aufgebracht wird, das Überschüssige durch Saugen entfernt wird, und die nasse, mit Bindemittel versehene Matte wird dann getrocknet und das Bindemittel vulkanisiert, um ein Vliesmattenprodukt zu bilden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst eine Modifikation am Bindemittelherstellungsabschnitt des ansonsten herkömmlichen Mattenherstellungsverfahrens. Die meisten Verfahren und Bildevorrichtungen für Vliesmatten sind geeignet für eine Modifikation und Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, es sind aber die Verfahren und Vorrichtungen für nassabgelegte Vliesmatten, bei denen eine wässrige Masse, die Fasern enthält, auf ein sich bewegendes, durchlässiges Gitter oder Band, das als Formsieb bezeichnet wird, geführt wird, um eine durchgehende nasse Vliesfasermatte zu bilden.

1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Nassablegesystems, um die Erfindung anzuwenden. Fasern 5 werden fortlaufend mit einer gesteuerten Geschwindigkeit in einen Pulper 1 zugeführt, zusammen mit einem herkömmlichen Siebwasser durch ein Rohr 7, ebenfalls fortlaufend und mit einer gesteuerten Geschwindigkeit. Ein Rührwerk 3 im Pulper 1 mischt und dispergiert die Fasern. im Siebwasser. Die entstehende konzentrierte Fasermasse fließt fortlaufend durch ein Rohr 9 in eine wahlweise Pumpe 11, die die konzentrierte Masse in einen Fasermasse-Haltetank 13 pumpt. Die konzentrierte Fasermasse wird vorzugsweise fortlaufend vom Haltetank 11 mit einem Ventil 14 in einen gemessenen Strom von entlüftetem Siebwasser 27 zugemessen, um eine verdünnte Fasermasse zu bilden. Das Ventil 25 misst eine richtige Menge an entlüftetem Siebwasser über das Rohr 7 zu dem Pulper 1 zu und eine richtige Menge an entlüftetem Siebwasser 27, um die verdünnte Fasermasse zu bilden. Die verdünnte Fasermasse fließt in die Pumpe 15 und wird zu der Mattenbildevorrichtung 17 gepumpt, die jede beliebige Breite aufweisen kann und typischerweise breit genug ist, um eine fertige Matte von 12 Fuß Breite oder mehr herzustellen. Alternative Bildeverfahren zur Herstellung des Körperabschnittes der Vliesmatte umfassen die Verwendung von gut bekannten Papier- oder Kartonherstellungsverfahren, wie z. B. Zylinderbildung, Trockenbildung oder Luftablegen usw.

Die bevorzugten Verfahren für die Herstellung von Matten der vorliegenden Erfindung sind jene bekannten Verfahren, bei denen Mattenbildevorrichtungen 17 verwendet werden, wie z. B. ein Hydroformer^TM, hergestellt von Voith-Sulzer, Appleton, WS, oder ein Deltaformer^TM, hergestellt von North County Engineers, Glens Falls, NY. Bei diesen Vorrichtungen fließt die verdünnte Fasermasse horizontal gegen ein geneigtes, sich bewegendes, durchlässiges Band oder Formsieb (nicht gezeigt), wo die Fasern gesammelt werden und sich in einem unregelmäßigen Muster aufbauen, um eine nasse Matte 28 zu bilden, während das Siebwasser durch das Formsieb tritt und dabei irgendwie schaumig wird (durch die enthaltende Luft) und über ein Rohr 19 zu einem Entlüftungstank 21 transportiert wird. Die nasse Matte wird mit einem Saugkasten 29 auf das gewünschte Maß entwässert, und das entfernte schaumige Siebwasser wird durch ein Rohr 32 zum Entwässerungstank 21 geführt, vorzugsweise über das Rohr 19.

Diese nasse Vlieslage an Fasern 30, der Körperabschnitt, wird dann vorzugsweise aber nicht unbedingt zu einem zweiten, sich bewegenden Gitter 33 übertragen und durch eine Bindemittelaufbringungs-Sättigungsstation 31 geleitet, wo ein wässriges Bindemittel auf eine von vielen bekannten Arten auf die Matte aufgebracht wird. Gemäß dem Verfahren der Erfindung enthält dieses wässrige Bindemittel auch eine bedeutende Menge an Partikeln und/oder Fasern, die größer als Poren oder Öffnungen zwischen den Fasern in der nassen Vliesmatte sind. Eine Bindemittelmasse wird mit einer gesteuerten Geschwindigkeit von einem Bindemittelmasse-Haltetank 45 über eine Pumpe 46 mit gesteuerter Geschwindigkeit gepumpt, so dass mehr Bindemittel als erforderlich durch ein Rohr 37 zu einem Bindemittelapplikator 35 zugeführt wird, wo die Bindemittelmasse im Überfluss auf den nassen Mattenkörperabschnitt 30 aufgebracht wird.

Die Bindemittelmasse wird hergestellt, indem ein wässriges Harzbindemittel 52 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und Fasern, Partikel oder beides 51 zu einem Bindemittelmischtank 47 zugeführt werden, der ein Rührwerk 49 darin aufweist, um die Fasern, Partikel oder beides 51 in dem wässrigen Bindemittel 52 zu dispergieren. Die Bindemittelmasse wird dann mit einer Messpumpe 53 und einem Rohr 55 zu dem Bindemittelhaltetank 45 gepumpt. Die Messpumpe 53 beschleunigt oder verlangsamt sich mit der Geschwindigkeit der Mattenlinie oder -aufwickelung 59. Die Messpumpe 53 wird auch gesteuert, um die gewünschte Dicke des Oberflächenabschnittes der zweilagigen Matte bereitzustellen. Der Harzgehalt in der Bindemittelmasse und die Menge an Vakuum in den Saugkästen 39 und 41 werden variiert, um den Bindemittelharzgehalt des Körperabschnittes und des Oberflächenabschnittes der zweilagigen Matte zu steuern. Die Bindemittelmasse kann fortlaufend oder in Chargen hergestellt werden, wie gut bekannt ist. wenn sie fortlaufend hergestellt wird, werden alle Zutaten der Masse sorgfältig auf bekannte Art zugemessen, um sicherzustellen, dass die gewünschte Zusammensetzung der fertigen Matte erhalten bleibt.

Wenn die wässrige Bindemittelmasse auf die nasse Vliesmatte 30 aufgebracht wird, bauen die Partikel und/oder Fasern darin einen Oberflächenabschnitt 40 (2) auf der Bindemittelaufbringungsseite des nassen Vlieskörperabschnittes 30 auf, während der wässrige Harzbindemittelabschnitt der Bindemittelmasse sowohl den Oberflächenabschnitt 40 als auch den Körperabschnitt 30, die ursprüngliche nasse Vliesfaserlage, der entstehenden nassen Vliesmatte sättigt. Vorzugsweise wird übermäßig viel wässrige Bindemittelmasse aufgebracht unter Verwendung eines Gießbeschichters, wie z. B. von North County Engineers, Glens Falls, New York, aber es funktionieren auch andere bekannte Aufbringungsverfahren und -ausrüstung, die die Partikel und/oder Fasern im Bindemittel verarbeiten und diese mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf die Oberseite des nassen Körperabschnittes der Matte aufbringen. Wie in 2 gezeigt, fließt die Bindemittelmasse über eine Lippe einer geneigten Oberfläche 38 eines gießbeschichterartigen Bindemittelapplikators 35 und auf den Körperabschnitt 30 und baut einen Oberflächenabschnitt 40 von Fasern und/oder Partikeln 52 auf, die in der Bindemittelmasse waren. Wie gezeigt fließt der wässrige Bindemittelabschnitt auch in den Körperabschnitt 30 und beschichtet auch die Fasern im Körperabschnitt 30, und der überschüssige wässrige Bindemittelabschnitt fließt aus dem Körperabschnitt 30 hinaus durch das durchlässige Band 33 und in einen ersten Saugkasten 39. Die mit Bindemittel gesättigte Matte wird dann über einen oder mehrere Saugkästen 41 geleitet, während sie noch auf dem sich bewegenden, durchlässigen Band 33 ist, um überschüssiges Bindemittel und Wasser zu entfernen, das über das Rohr 43 zum Bindemittelmischtank 47 und/oder zum Bindemittelhaltetank 45 zurückgeleitet wird.

Die nasse, mit Bindemittel versehene Vliesmatte 42 wird dann auf ein herkömmliches, sich bewegendes, durchlässiges Trockenschrankband (nicht gezeigt) übertragen und durch einen Trockenschrank 57 geleitet, um die nasse Matte 42 zu trocknen und das Harzbindemittel auf Polymerbasis zu vulkanisieren (polymerisieren), das die Fasern und Partikel bindet, wenn Partikel im Oberflächenabschnitt vorliegen, die zusammen die fertige Matte 58 der Erfindung bilden, die zu einer Rolle 59 gewickelt wird unter Verwendung einer herkömmlichen Mattenwickelausrüstung. Wenn die Fasern und/oder Partikel im Oberflächenabschnitt aus einem organischen thermoplastischen Material oder aus einem fließbaren Thermosetmaterial bestehen, ist es oft erstrebenswert, die trockene Matte auf eine Temperatur zu erhitzen, die die Fasern und/oder Partikel zu einer Lage mit einer verhältnismäßig glatten Oberfläche zusammenschmilzt oder zusammenfließen lässt.

Der Körperabschnitt der Matten der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise etwa 80–99,5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes der Fasern und Partikel, wenn Partikel vorliegen, in der trockenen, fertigen Vliesmatte, wobei die Partikel und/oder Fasern im Oberflächenabschnitt der Matte etwa 0,5–20 Gewichtsprozent der Fasern und Partikel in der trockenen, fertigen Vliesmatte ausmachen. Der Harzbindemittelgehalt der Matte kann stark variieren, beträgt aber üblicherweise etwa 5–35 Gewichtsprozent der Vliesmatte.

Vorzugsweise sind der Großteil der Fasern Glasfasern, und am meisten bevorzugt sind alle Fasern Glasfasern, aber diese Erfindung ist gleichermaßen anwendbar für Keramik-, Natur- und Polymerfaservliesstoffe und Vliesstoffe, die aus Gemischen aus jeder beliebigen Kombination dieser Arten von Fasern hergestellt sind. Die Fasern, die im Vlieskörperabschnitt verwendet werden, sollten wenigstens 0,25 Inch lang oder länger, mehr bevorzugt wenigstens einen halben Inch oder drei Viertel Inch lang und am meisten bevorzugt wenigstens etwa einen Inch lang sein, aber Gemische aus Fasern mit verschiedenen Längen und/oder Faserdurchmessern können verwendet werden, wie bekannt ist. Es ist bevorzugt, dass diese Fasern mit einer silanhaltigen Leimungszusammensetzung beschichtet werden, wie in der Industrie gut bekannt ist.

Die Glasfasern können E, C, T, S oder jede bekannte Art von Glasfaser mit guter Festigkeit und Dauerhaftigkeit in Gegenwart von Feuchtigkeit sein und Gemische von Längen und Durchmessern. Die bevorzugten Fasern sind K oder M 137 und K oder M 117 E Glasfasern, erhältlich von Johns Manville International, Inc., Denver, CO, aber es ist beinahe jedes im Handel erhältliche nasse Hackglasfaserprodukt geeignet. Obwohl die Mehrheit der Fasern im bevorzugten Körperabschnitt Glasfasern sind, kann auch ein kleinerer Abschnitt von Nicht-Glasfasern eingeschlossen sein, wie z. B. künstliche oder natürliche organische Fasern wie Nylon^TM, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Zellulose oder Zellulosederivate usw.

Das Bindemittel, das verwendet wird, um die Fasern zusammen zu binden, kann jedes beliebige Bindemittel sein, das in der Lage ist, Fasern zusammen zu binden. Eine große Zahl verschiedener Bindemittel kann verwendet werden, um Vliesstoffe mit Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melaminformaldehyd (MF), Polyester, Akryl, Polyvinylazetat herzustellen, UF- und MF-Bindemittel, modifiziert mit Polyvinylazetat und/oder Akryl werden typischerweise verwendet.

Nachdem das Bindemittel aufgetragen und auf das gewünschte Maß eingestellt worden ist mit einem oder mehreren Saugkästen, wird die nasse, mit Bindemittel versehene Matte auf ein Trockenschrankband oder -sieb übertragen und die Matte wird getrocknet und das Bindemittel wird vulkanisiert, um die fertige Matte zu bilden. Die Matte wird auf Temperaturen bis zu etwa 500 Grad F im Trockenschrank erhitzt in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Bindemittels und/oder der Natur der Partikel und/oder Fasern im Oberflächenabschnitt.

Die Partikel und/oder Fasern, die verwendet werden, um den Oberflächenabschnitt der zweilagigen Matte herzustellen, sollten nicht in der wässrigen Harzbindemittelmasse löslich sein, könnten aber leicht löslich sein. Ansonsten können die Partikel und Fasern aus fast jedem Material sein. Einige Beispiele für geeignete Materialien sind Plastikpartikel wie z. B. Phenolformaldehyd, reguläres oder modifiziertes Polyethylen und Polypropylen, Nylon, Polyvinylalkohol, Glasperlen oder Mikrokügelchen, expandierter Ton, Glimmer, Flockenglas, roher oder expandierter Vermikulit, roher oder expandierter Perlit, Ton, organische oder anorganische Pulver, Mikrofasern, Mineralwolle und ähnliches.

Eine bevorzugte Matte weist ein Flächengewichtziel von 1,8 Pfund pro 100 Quadratfuß auf und enthält ¾ Inch lange 13 Mikron Glasfasern, zusammen gebunden mit einem bekannten modifizierten Harnstoff-Formaldehyd (UF) Harzbindemittel im Körperabschnitt, und ¼ Inch lange 3 Denier Zelluloseazetatfasern, zusammen gebunden mit dem selben UF-Harzbindemittel in einem Oberflächenabschnitt auf einer Seite der bevorzugten Matte. Die Zusammensetzungsziele für die Matten dieser bevorzugten Ausführungsform sind etwa 75 Gewichtsprozent Glasfasern, 20–22,5 Gewichtsprozent UF-Harzbindemittel und 2,5–5 Gewichtsprozent Zelluloseazetatfasern.

Eine Fasermasse wurde auf eine gut bekannte Art hergestellt, indem drei Viertel Inch lange E Glas Typ H 117 nasse Hackglasfasern von Johns Manville International, Inc., mit einer silanhaltigen chemischen Leimung auf der Oberfläche, wie gut bekannt ist, zu einem bekannten kationischen Siebwasser, das Natrosol" Verdickungsmittel, erhältlich von Aqualon, Inc., Wilmington, DE, enthielt, und einem kationischen oberflächenaktiven Mittel C-61, einem ethoxylierten Talgamin, erhältlich von Cytec Industries, Inc., Morristown, NJ, als Dispersionsmittel hinzugefügt wird, um eine Faserkonzentration von etwa 0,8 Gewichtsprozent zu bilden. Nachdem die Masse für etwa 5 Minuten gerührt worden war, um die Fasern gut zu dispergieren, wurde die Masse in einen sich bewegenden Strom des selben Siebwassers zugemessen, um die Faserkonzentration auf eine durchschnittliche Konzentration von etwa 0,05 bis 0,06 Gewichtsprozent zu verdünnen, bevor die verdünnte Masse zu einem Auflaufkasten eines Pilotmodells eines Voith Hydroformer^TM gepumpt wurde, wo eine nasse Vliesmatte fortlaufend gebildet wurde.

Die nasse Matte wurde vom Formsieb entfernt und zu einem Gießbeschichter-Bindemittelapplikator übertragen, wo eine wässrige Bindemittelmasse auf die Matte aufgebracht wurde. Diese Bindemittelmasse wurde hergestellt durch Mischen eines plus 100 Mesh Novolac^TM, eines Phenolharzpulvers, erhältlich von Georgia Pacific Corporation, Atlanta, Georgia, mit einem wässrigen modifizierten UF-Harz. Das modifizierte Harz wurde hergestellt durch Hinzufügen von etwa 7,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die UF-Feststoffe, Duraset^TM 827, erhältlich von Franklin International, Columbus, Ohio, und etwa 5 Gewichtsprozent Hexymethylentetramin als Vernetzungsmittel zu einem Georgia Pacific 2928 OF Harzlatex, der 54–56 Gewichtsprozent Feststoffe enthielt. Die Menge an Novolac^TM-Pulver in der wässrigen UF-Bindemittelmasse war ausreichend, um eine Matte mit einem Oberflächenabschnitt herzustellen, der etwa 15 Gewichtsprozent Novolac^TM-Partikel enthielt, bezogen auf das Gewicht der Fasern im Körperabschnitt der Matte.

Die nasse Matte wurde dann auf ein Trockenschrankband übertragen und durch einen Trockenschrank getragen, um die Matte zu trocknen und die Matte auf eine Temperatur von etwa 350–400 Grad F für etwa einige Sekunden zu erhitzen, um das Harzbindemittel zu vulkanisieren und die Novolac^TM-Partikel zu verschmelzen und zu vulkanisieren. Die Novolac^TM-Partikel flossen auch, um eine Beschichtungslage auf dem Körperabschnitt der zweilagigen Matte zu bilden.

Das Flächengewicht der hergestellten Matte betrug etwa 1,83 Pfund/100 Quadratfuß. Die entstehende zweilagige Matte wies die folgenden Eigenschaften auf: Dicke 30 mil Glühverlust 33,4 Gewichtsprozent Zugfestigkeit in Maschinenrichtung 120 Pfund/3 Inch Breite Zugfestigkeit in Querrichtung 136 Pfund/3 Inch Breite Luftdurchlässigkeit 565 Kubikfuß/Min./Quadratfuß

Die Luftdurchlässigkeit dieser Matte ist mit einer Luftdurchlässigkeit von mehr als 700 auf einer herkömmlichen Glasfaser-Vliesmatte mit diesem Flächengewicht vergleichbar. Der gebundene Novolac^TM-Oberflächenabschnitt der Matte von diesem Beispiel ist viel glatter als die gegenüberliegende Seite der Matte; und wesentlich weniger Glasfasern des Körperabschnittes sind auf der Oberfläche des Oberflächenabschnittes sichtbar. Es wird erwartet, dass diese Matte, wenn sie so an die Gipskartonplatte gebunden wird, dass der Körperabschnitt neben der Gipskartonplatte ist und der Oberflächenabschnitt der Matte freiliegt, so gut wie die herkömmlichen Glasfasermatten funktioniert, die normalerweise auf Gipskartonplatten verwendet werden. Außerdem sollte eine Gipskartonplatte, die mit der Matte von diesem Beispiel überzogen ist, sich angenehmer anfühlen und kein Jucken bei den Personen hervorrufen, die mit der überzogenen Gipskartonplatte arbeiten und diese installieren, was eine deutliche Verbesserung darstellt.

Ähnliche Ergebnisse können mit anderen Mengen an Oberflächenlage erreicht werden, wie z. B. wenn das Phenolharzpulver in der Oberflächenlage im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 Gewichtsprozent der Fasern im Körperabschnitt liegt. Andere Arten von Phenolharz können verwendet werden. Andere Arten von wässrigem Harzbindemittel können ebenfalls verwendet werden, insbesondere wenn die Matte für andere Anwendungen verwendet werden soll.

Eine andere Matte wurde genau auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass drei Viertel Inch lange K 117 Fasern von Johns Manville International, Inc. für den Körperabschnitt verwendet wurden. Die Bindemittelmasse für die Matte enthielt ein Viertel Inch lange Zellulosetriazetatfasern mit 3 Denier (genug um einen Zellulosetriazetatgehalt, im Wesentlichen alles im Oberflächenabschnitt, in der zweilagigen Matte von etwa 15 Gewichtsprozent herzustellen, bezogen auf das Gewicht der Glasfasern im Körperabschnitt), und die Vulkanisierungstemperatur betrug etwa 400 Grad F. Das Flächengewicht der Matte betrug 1,92 Pfund pro 100 Quadratfuß.

Die anderen Eigenschaften waren wie folgt: Dicke 35 mil Glühverlust 31 Gewichtsprozent Zugfestigkeit in Maschinenrichtung 99 Pfund/3 Inch Breite Zugfestigkeit in Querrichtung 119 Pfund/3 Inch Breite MD + CD Reißfestigkeit (Elmendorf) 455 Gramm

Diese Matte kann als Deckschicht für Glasfaserisolierung und für Plattenprodukte verwendet werden, wobei der Glasfaserbasisabschnitt an die Isolierung oder das Plattenprodukt gebunden ist und der Oberflächenabschnitt aus gebundenen Zelluloseazetatfasern freiliegt.

Feuerbeständige Matten und Matten mit einer verringerten Durchlässigkeit werden hergestellt durch Verwendung eines feuerfesteren Materials für den Oberflächenabschnitt. In diesem Beispiel war die Vorgangsweise ähnlich zu jener, die in Beispiel 1 verwendet wurde, mit der Ausnahme, dass das Bindemittel wässrige Akrylharze waren und Glimmerflocken mit einer anderen durchschnittlichen Partikelgröße zu diesem wässrigen Bindemittel in anderen Konzentrationen hinzugefügt wurden, um Bindemittelmassen zu bilden, mit denen zweilagige Matten mit unterschiedlichen Dicken des Oberflächenabschnittes hergestellt wurden, wodurch Matten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten hergestellt wurden. Zuerst wurde eine Kontrollmatte mit einem Flächengewicht von etwa 1,55 Pfund pro 100 Quadratfuß (7.04 Gramm/Quadratfuß) hergestellt durch Dispergieren von 0,5 Inch langen H 117 Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 Mikron in dem Siebwasser und Verwenden eines wässrigen Akrylharzbindemittels, zum die Matte zu sättigen. Ausreichend Akrylharzbindemittel blieb in der nassen Matte, um in der getrockneten und vulkanisierten Matte einen LOI-Wert von etwa 25 Gewichtsprozent herzustellen. Das wässrige Akrylharzbindemittel enthielt wässriges Akrylharz 26138 von B. F. Goodrich und ein Vernetzungsmittel, wie z. B. etwa 5– 25 Gewichtsprozent Harnstoff-Formaldehyd oder Melamin-Formaldehyd, und wurde mit Siebwasser auf einen Feststoffgehalt von etwa 25 Gewichtsprozent verdünnt, wobei Siebwasser von der Nassmattenvorrichtung verwendet wurde, die verwendet wurde, um den Basisabschnitt der Matte zu bilden.

Nachdem eine Mattenkontrollprobe mit einlagiger Basis gebildet worden war, wurden F120 Glimmerflocken mit einer mittleren Partikelgröße von 405 Mikron zu dem Bindemittel hinzugefügt, um eine Masse mit ansteigender Glimmerkonzentration zu bilden, um zweilagige Matten mit verschiedenen Dicken des Oberflächenlagenabschnittes und in der Folge ansteigenden Flächengewichten und verschiedenen Durchlässigkeiten zu bilden, wie folgt:

Durch Wiederholen der oben angeführten Vorgangsweise, wobei aber V115 Glimmerflocken mit einer mittleren Partikelgröße von 550 Mikron eingesetzt wurden, wurden die folgenden Matten und Matteneigenschaften hergestellt:

Durch Wiederholen der oben angeführten Vorgangsweise, aber Verändern des Akrylharzes auf V-29 Akrylharz von B. F. Goodrich, wobei die selbe Art von Vernetzungsmittel beibehalten wurde, durch Verwenden von viel feineren Glimmerflocken (C1000) mit einer mittleren Partikelgröße von 26 Mikron und Verwenden einer Kombination aus 86 Gewichtsprozent 0,75 Inch langen K117 Glasfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 13 Mikron und 14 Gewichtsprozent von Code 206 TEMPSTRAN^TM * Code 206 TEMPSTRAN^TM ist eine Glasmikrofaser mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 2 und 3 Mikron. Glasmikrofasern, erhältlich von Johns Manville International, Inc., wurden die folgenden Matten und Eigenschaften hergestellt.

Diese Beispiele waren ähnlich wie Beispiel 3–8 mit der Ausnahme, dass ein Gemisch aus 87 Gewichtsprozent 0,5 Inch K117 nassen Hackglasfasern von Johns Manville mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 13 Mikron und 13 Gewichtsprozent Code 206 TEMPSTRAN^TM Mikrofasern von Johns Mansville verwendet wurde, um die Kontrollmatte und den Basisabschnitt der zweilagigen Matten herzustellen. Ein anderer Unterschied war, dass genug von dem wässrigen Akrylbindemittel in der Matte zurückblieb, um einen LOI-Wert von etwa 35 Gewichtsprozent herzustellen. Ein 100K Glimmerflockenprodukt mit einer mittleren Partikelgröße von 81 Mikron wurde zu dem Bindemittel in unterschiedlichen Konzentrationen hinzugefügt, um verschiedene zweilagige Matten herzustellen. In diesen Beispielen wurde das Flächengewicht der Matte auf 8+/–0,25 gehalten, indem das Gewicht der Glasfasern und des Bindemittels im Basisabschnitt der Matte in einer Menge verringert wurde, die ähnlich dem Flächengewicht der Glimmerflocken und des Bindemittels im Oberflächenabschnitt der zweilagigen Matte war:

Beispiel 3–13 zeigen, dass diese Erfindung verwendet werden kann, um die Durchlässigkeit von Vliesmatten wesentlich und unter das bisherige Maß zu verringern und mit einem feuerbeständigen Material, wodurch eine feuerbeständige Matte mit zwei oder mehr Lagen auf eine neuartige, bequeme und wirtschaftliche Weise hergestellt wird. Viele andere Kombinationen von Materialien und zweilagigen Produkten oder Produkten, die zweilagige Matten enthalten, die unter Verwendung dieses neuartigen Verfahrens hergestellt werden, bieten sich dem Fachmann an. Durch Verwendung eines wässrigen Harzbindemittels im B-Zustand, wie z. B. wässriges Melamin-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd oder Furfurylalkohol-Formaldehyd-Bindemittel an Stelle von Akryl- oder anderen Harzen, die oben erwähnt wurden, und indem die Matte während des anfänglichen Vulkanisierens in einen B-Zustand gebracht wird, können die entstehenden zweilagigen Matten später heißgeformt werden, um eine dreidimensionale Form herzustellen und die Vulkanisierung des Harzbindemittels abzuschließen. Mit ausreichendem Heißformdruck wird die Durchlässigkeit der Matte wesentlich weiter verringert als jene der Matten von Beispiel 3–13.

Die zweilagigen Matten können mit jedem bekannten feuerbeständigen Klebstoff an ein brennbares Material, wie z. B. ein Holzprodukt, wie z. B. Hartfaserplatte, Holzspanplatte, Platten aus orientierten Strängen oder Sperrholz, gebunden werden, wobei der Körperabschnitt der Matte gegen das brennbare Material angeordnet wird und der Glimmeroberflächenabschnitt freiliegt, durch Heißpressen bei einer geeigneten Temperatur, um das Bindemittel oder den Klebstoff vollständig zu vulkanisieren, und mit einem Druck, der ausreichend ist, um die zweilagige Matte zur gewünschten Form der Matte zu formen. Diese zweilagige Mattendeckschicht erhöht die Zeit, die es dauert, bis Feuer im Wesentlichen durch das brennbare Material brennt, und ermöglicht, dass weniger teure Materialien die Feuercodetests bestehen, die sie sonst nicht bestehen würden. Die zweilagigen Matten der vorliegenden Erfindung können auch als Deckschichten für Isolierungsmaterialien, wie z. B. Glasfasern, Mineralwolle, Keramikwolle usw., und erhöhen auch die Feuerbeständigkeit und Festigkeit jener Materialien, insbesondere von Glasfaserisolierungen.

An Stelle von Glimmerflocken können auch rohe oder abgeblätterte Vermikulitpartikel, rohe oder expandierte Perlitpartikel, feuerfeste Mikrobälle, roher oder expandierter Ton und andere feuerfeste Pulver verwendet werden, um feuerbeständige Mattendeckschichten herzustellen. Es kann auch Melamin-Formaldehyd-Harzbindemittel an Stelle des Furfurylalkohol-Formaldehydharzes verwendet werden. Eine Schleifoberfläche kann durch Verwendung von Schleifpartikeln oder -fasern hergestellt werden, um den Oberflächenabschnitt zu bilden.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Detail offenbart worden sind, gelten andere Ausführungsformen im Rahmen der beschriebenen Erfindung und mit anderen funktionellen Zusatzstoffen, die Fachleuten bekannt oder offensichtlich sind, als Teil der vorliegenden Erfindung und sollen in der nachfolgend beanspruchten Erfindung eingeschlossen sein.