NO813937L

NO813937L - GLASS FIBER MATS SUITABLE FOR BUILT-IN ROOF MEMBRANES

Info

Publication number: NO813937L
Application number: NO813937A
Authority: NO
Inventors: V Robert Canfield; Philip A Jackey
Original assignee: Gaf Corp
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1982-06-14
Also published as: FI813879L; FI813879A7; EP0054202A1; DE3143586A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører nye og forbedrede glassfibermatter som er spesielt egnet for oppbyggede taktekkingsmembraner og -systemer. The present invention relates to new and improved glass fiber mats which are particularly suitable for built-up roofing membranes and systems.

Oppbyggede taktekkingsmembraner og -systemer (built-up roofing, "BUR") anvendes primært på kommersielle bygg og, Built-up roofing membranes and systems (built-up roofing, "BUR") are used primarily on commercial buildings and,

med vesentlig utelukkelse av andre taktekkingstyper, på store industribygg med lav profil. Deres popularitet skyldes deres relativt lave pris kombinert med effektivitet som vannav-støtende overflate og holdbarhet. Hovedulempen med deres anvendelse er at det kreves en unik kombinasjon av både høye strekkfasthets- og rivestyrkeegenskaper. Disse strenge krav begrunnes med at oppbyggede taktekkingssysterner, til forskjell fra vanlig taktekking, underkastes kraftige strekk-påvirkninger som induseres internt eller eksternt av den omgivende atmosfære, inkludert ekspansjon forårsaket av til-stedeværelsen av fuktighet som befinner seg i systemet, og både ekspansjons- og kontraksjonskrefter bevirket ved varia-sjon i omgivelsestemperaturbetingelser. Av disse og andre grunner er det vesentlig at oppbyggede taktekkingssystemer har en utmerket balanse mellom både høy strekfcfasthet og rivemotstand. with the substantial exclusion of other roofing types, on large industrial buildings with a low profile. Their popularity is due to their relatively low price combined with effectiveness such as water-repellent surface and durability. The main disadvantage of their use is that a unique combination of both high tensile strength and tear strength properties is required. These strict requirements are justified by the fact that built-up roofing systems, unlike ordinary roofing, are subjected to strong tensile influences induced internally or externally by the surrounding atmosphere, including expansion caused by the presence of moisture in the system, and both expansion and contraction forces caused by variation in ambient temperature conditions. For these and other reasons, it is essential that built-up roofing systems have an excellent balance between both high tensile strength and tear resistance.

Tidligere ble de fleste taktekkingsprodukter fremstilt fra organisk filt impregnert med asfalt. Organisk filt er imidlertid ikke flammebestandig og det er kostbart å fremstille. Følgelig har industrien benyttet seg av glassfibermatter for å erstatte organisk filt ved denne anvendelse. Flere taktekkingsprodukter som benytter glassfibermatter In the past, most roofing products were made from organic felt impregnated with asphalt. However, organic felt is not flame resistant and is expensive to manufacture. Consequently, the industry has used fiberglass mats to replace organic felt in this application. Several roofing products that use fiberglass mats

er beskrevet i US-patenter nr. 4.129.674, 4.135.002 og 4.135.029. Disse matter benytter enten kontinuerlige glassfibertråder eller forlengede, stavlignende bunter av fibre som forsterkningsmidler for oppnåelse av den ønskede kombinasjon av strekkfasthets- og rivestyrkeegenskaper. Slike matter er uheldigvis kostbare og vanskelige å fremstille. are described in US Patent Nos. 4,129,674, 4,135,002 and 4,135,029. These mats use either continuous fiberglass strands or elongated, rod-like bundles of fibers as reinforcements to achieve the desired combination of tensile and tear strength properties. Such mats are unfortunately expensive and difficult to manufacture.

I US-patentene nr. 4.200.487 og 4.233.353 beskriver en våt-leggingsprosess for fremstilling av glassfibermatter som ut viser meget høye strekkfasthetsegenskaper. Slike matter fremstilles fra meget lange fibre som gir en vesentlig mengde forlengdede fiberelementer under prosessen. Forlengede fiberelementer kjennetegnes strukturelt ved at de omfatter flere i lengderetningen forbundede fibre dannet ved forlengelse av bunter av fibre som glir fra hverandre under dispersjonsprosessen av fiberbuntene. De forlengede fiberelementer har således en overdreven eller unormalt stor lengde og en ikke-ensartet diameter, idet denne er større i midtseksjonen der forbindelse mellom fibre er størst, og avsmalner mot deres ender. I praksis er det imidlertid temmelig vanskelig å dispergere forlengede fibere på effektiv måte. I tillegg er strekkfastheten for slike produkter temmelig beskjeden. US patents no. 4,200,487 and 4,233,353 describe a wet-laying process for the production of glass fiber mats which exhibit very high tensile strength properties. Such mats are produced from very long fibers which give a significant amount of elongated fiber elements during the process. Elongated fiber elements are structurally characterized by the fact that they comprise several longitudinally connected fibers formed by the extension of bundles of fibers that slide apart during the dispersion process of the fiber bundles. The elongated fiber elements thus have an excessive or abnormally large length and a non-uniform diameter, this being larger in the middle section where the connection between fibers is greatest, and tapering towards their ends. In practice, however, it is rather difficult to disperse elongated fibers effectively. In addition, the tensile strength of such products is rather modest.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en forbedret glassfibermatte som kan anvendes isteden for organiske filter for fremstilling av "BUR"-produkter kjennetegnet spesielt ved deres uvanlige kombinasjon av både høy strekkfasthet og høy rivestyrke, og effektiv fremstilling sammenlignet med andre kommersielt tilgjengelige produkter av lignende konstruksjon. Strekkfasthetene varierer fra 270 til 350 N/50 mm bredde (MD), og tilsvarende Elmendorf-rivestyrker varierer fra 5,0 til 6,6 N (MD). Forholdet mellom strekkfasthet og rivestyrke varierer fra 40:1 til 70:1. According to the present invention, an improved glass fiber mat is provided which can be used instead of organic filters for the production of "BUR" products characterized in particular by their unusual combination of both high tensile strength and high tear strength, and efficient production compared to other commercially available products of similar construction. Tensile strengths range from 270 to 350 N/50 mm width (MD), and corresponding Elmendorf tear strengths range from 5.0 to 6.6 N (MD). The ratio between tensile strength and tear strength varies from 40:1 to 70:1.

"BUR"-produktene ifølge oppfinnelsen kjennetegnes spesielt ved deres uvanlige kombinasjon av både høy strekkfasthet og høy rivestyrke, samt effektiv fremstilling sammenlignet med andre kommersielt tilgjengelige produkter av lignende konstruksjon. De høye strekkfastheter varierer fra 490 til 600 N/50 mm bredde (MD), og de tilsvarende Elmendorf-rive-styrker varierer fra 6,0 til 8,1 N/50 mm bredde (MD). Forholdet mellom strekkfasthet og rivestyrke er ca. 60:1 til 100:1. The "BUR" products according to the invention are characterized in particular by their unusual combination of both high tensile strength and high tear strength, as well as efficient manufacturing compared to other commercially available products of similar construction. The high tensile strengths range from 490 to 600 N/50 mm width (MD), and the corresponding Elmendorf tear strengths range from 6.0 to 8.1 N/50 mm width (MD). The ratio between tensile strength and tear strength is approx. 60:1 to 100:1.

De innleirede glassfibre i matten inkluderer to fiberkomponenter, nemlig individuelle filamentfibre og forlengde fiberelementer, som er tilstede i vesentlig like vektmengder. Antallet av fibre i et gitt forlenget element er ca. 2-200, vanligvis ca. 20 fibre pr. element. Følgelig er det vanligvis ca. 20 ganger så mange individuelle filamentfibre som forlengde elementfibre i matten. Antallet av begge fiberkomponenter ligger mellom 2,9 og 6,6 x 10 6 fibre pr. m<2>glassfibermatte, ved en glassvekt på ca. 80 g/cm og en mattetykkelse på ca. 0,7 mm. The embedded glass fibers in the mat include two fiber components, namely individual filament fibers and elongated fiber elements, which are present in substantially equal amounts by weight. The number of fibers in a given extended element is approx. 2-200, usually approx. 20 fibers per element. Consequently, it is usually approx. 20 times as many individual filament fibers as extended element fibers in the mat. The number of both fiber components is between 2.9 and 6.6 x 10 6 fibers per m<2>glass fiber mat, with a glass weight of approx. 80 g/cm and a mat thickness of approx. 0.7 mm.

De innleirede glassfibre fremstilles ved hjelp av en våtlegg-ingsprosess under anvendelse av limte glassfiberbunter som har en kritisk fiberdiameter på 13-14 mikron og en fiberlengde mellom 19 og 44 mm. The embedded glass fibers are produced by means of a wet-laying process using glued glass fiber bundles having a critical fiber diameter of 13-14 microns and a fiber length between 19 and 44 mm.

Buntene holdes ved en gitt fiberkonsistens og dispergeres under kraftig omrøring i nærvær av et kjemisk dispergeringsmiddel med bestemt konsentrasjon. En høyere konsentrasjon av dispergeringsmiddel anvendes med fibre av større lengde, fortrinnsvis varierende fra 60 til 160 ppm. The bundles are held at a given fiber consistency and dispersed under vigorous stirring in the presence of a chemical dispersant with a specific concentration. A higher concentration of dispersant is used with fibers of greater length, preferably varying from 60 to 160 ppm.

Ved den beste utførelsesform av oppfinnelsen har glassmatten en strekkfasthet på 300 N/50 mm bredde (MD) og et forhold mellom strekkfasthet og rivestyrke på 53:1. Denne matten fremstilles fra glassfibre med en lengde på 3 2 mm og en diameter på 13-14 mikron, dispergert i 90 ppm dispergeringsmiddel. Det totale antall fiberkomponenter i glassmatten er 3,9 x 10 6 fibre pr. m 2. "BUR"-membranen har en strekkfasthet på 550 N/50 mm bredde (MD) og et forhold mellom strekkfasthet og rivestyrke på 79:1. Membranen fremstilles fra glassfibre med en lengde på 32 mm og en diameter på 13-14 mikron, dispergert i 9 0 ppm dispergeringsmiddel. In the best embodiment of the invention, the glass mat has a tensile strength of 300 N/50 mm width (MD) and a ratio between tensile strength and tear strength of 53:1. This mat is made from glass fibers with a length of 3 2 mm and a diameter of 13-14 microns, dispersed in 90 ppm dispersant. The total number of fiber components in the glass mat is 3.9 x 10 6 fibers per m 2. The "BUR" membrane has a tensile strength of 550 N/50 mm width (MD) and a ratio between tensile strength and tear strength of 79:1. The membrane is made from glass fibers with a length of 32 mm and a diameter of 13-14 microns, dispersed in 90 ppm dispersant.

For tilveiebringelse av glassmatter og "BUR"-produkter med den ønskede uvanlige kombinasjon av både høy strekkfasthet og høy rivestyrke, er det nødvendig å benytte glassfibre med en diameter på 13-14 mikron og en lengde mellom 19 og 4 4 mm. Matter fremstilt med glassfibre som har en diameter på over 13-14 mikron har for få fibre tilstede i matten for tilveiebringelse av disse egenskaper fordi antallet av fibre som er tilstede i en matte med gitt masse varierer omvendt med kvadratet av fiberens diameter. På den annen side, matter fremstilt med fibre som har en diameter under 13-14 mikron vil gi matter som har for mange fibre, hvilket vil senke mattens porøsitet under et nivå som er nødvendig for impregnering av en tilstrekkelig mengde asfalt deri som er nød-vendig for fremstilling av et kommersielt "BUR"-produkt. To provide glass mats and "BUR" products with the desired unusual combination of both high tensile strength and high tear strength, it is necessary to use glass fibers with a diameter of 13-14 microns and a length between 19 and 4 4 mm. Mats made with glass fibers having a diameter greater than 13-14 microns have too few fibers present in the mat to provide these properties because the number of fibers present in a mat of given mass varies inversely with the square of the diameter of the fiber. On the other hand, mats made with fibers having a diameter below 13-14 microns will produce mats having too many fibers, which will lower the porosity of the mat below a level necessary for impregnation of a sufficient amount of asphalt therein which is necessary suitable for the manufacture of a commercial "BUR" product.

En enkel kilde av råmaterialet anvendes i våtleggingsprosessen for fremstilling av glassfibermattene, nemlig bunter av fiber-glass, fortrinnsvis limt. Hver bunt inneholder ca. 20- A simple source of the raw material is used in the wet-laying process for the production of the glass fiber mats, namely bundles of fiber glass, preferably glued. Each bundle contains approx. 20-

200 fibre.200 fibers.

Glassfiberbuntene holdes i et vandig medium hvori et kjemisk dispergeringsmiddel er tilstede i en bestemt konsentrasjon. Et hvilket som helst egnet dispergeringsmiddel kan anvendes sålenge det på effektiv måte kan dispergere buntene. Flere slike materialer er kjent og er tilgjengelige for dette for-mål. Et spesielt egnet dispergeringsmiddel er imidlertid et tertiært aminoksyd slik som "Aromox DMHT" som er dimetyl-hydrogenert talgaminoksyd. Bruken av dette dispergeringsmiddel er beskrevet i US-patent nr. 4.179.331. Denne forbindelse vil bli benyttet i den følgende beskrivelse. The glass fiber bundles are held in an aqueous medium in which a chemical dispersant is present in a specific concentration. Any suitable dispersing agent can be used as long as it can effectively disperse the bundles. Several such materials are known and are available for this purpose. A particularly suitable dispersing agent is, however, a tertiary amine oxide such as "Aromox DMHT" which is dimethyl-hydrogenated tallow amine oxide. The use of this dispersant is described in US patent no. 4,179,331. This connection will be used in the following description.

Fiberbuntene agiteres kraftig i det vandige dispergerénde medium for dannelse av en fortynnet fiberoppslemming med bestemt konsistens. Under denne agitering blir noen av buntene åpnet eller filamentert, dvs. de danner enkeltfila-menter. Disse filamentene kan bli forbundet i lengderetningen for dannelse av et forlenget glassfiberelement. Andre bunter kan'gli fra hverandre for tilveiebringelse av forlengede elementer direkte. The fiber bundles are vigorously agitated in the aqueous dispersing medium to form a diluted fiber slurry with a specific consistency. During this agitation, some of the bundles are opened or filamented, i.e. they form single filaments. These filaments can be joined longitudinally to form an elongated fiberglass element. Other bundles can be slid apart to provide extended elements directly.

Dispergeringsmidlet i fiberoppslemmingen holdes ved en bestemt konsentrasjon på ca. 60-160 ppm. Den lavere konsentrasjonen er mer egnet for kortere fibre, mens den høyere konsentrasjonen er egnet med lengre fibre. I den beste utførelsesform anvendes en konsentrasjon på 90 ppm med fibre som har en lengde på 32 mm. Under disse forhold vil kraftig agitasjon av fiberoppslemmingen i ca. 10 minutter danne matter som har de ønskede like mengder av individuelle filamenter og forlengede fiberelementer og det foreskrevne totale antall fiberkomponenter. The dispersant in the fiber slurry is kept at a specific concentration of approx. 60-160 ppm. The lower concentration is more suitable for shorter fibres, while the higher concentration is suitable with longer fibres. In the best embodiment, a concentration of 90 ppm is used with fibers having a length of 32 mm. Under these conditions, vigorous agitation of the fiber slurry for approx. 10 minutes to form mats having the desired equal amounts of individual filaments and elongated fiber elements and the prescribed total number of fiber components.

Fiberoppslemmingen blir hensiktsmessig holdt ved en konsistens på cå. 0,30-0,50 vekt-% av fibrene i oppslemmingen. Den blir fortrinnsvis senket i sprang på ca. 0,05% for hver 6 mm økning i fiberlengde. The fiber slurry is suitably kept at a consistency of c. 0.30-0.50% by weight of the fibers in the slurry. It is preferably lowered in increments of approx. 0.05% for every 6 mm increase in fiber length.

Som i de vanlige våtleggingsprosesser blir den konsentrerte dispersjongoppslemming fortynnet med vann før den påføres på den mattedannende sil. Dispersjonsoppslemmingen blir fortrinnsvis fortynnet ca. 5-25 ganger ved silen og optimalt ca. 10 ganger. As in the usual wet laying processes, the concentrated dispersion slurry is diluted with water before it is applied to the mat-forming screen. The dispersion slurry is preferably diluted approx. 5-25 times at the sieve and optimally approx. 10 times.

De således dannede innleirede glassfibre forsynes med et passende bindemiddel for å holde fiberkomponentene sammen. The thus formed embedded glass fibers are provided with a suitable binder to hold the fiber components together.

Et hvilket som helst kommersielt tilgjengelig bindemiddelAny commercially available binder

kan benyttes slik som urea-formaldehyd- eller fenol-formalde-hydharpikser. Bindemidlet blir vanligvis påført i en mengde på ca. 5-50 vekt-% av den ferdige matten, fortrinnsvis 10-30%, og optimalt ca. 20%. Vekten av fibre i matten er følgelig 50-95%, fortrinnsvis 70-90%, og optimalt ca. 80%, beregnet på vekten av matten. can be used such as urea-formaldehyde or phenol-formaldehyde resins. The binder is usually applied in an amount of approx. 5-50% by weight of the finished mat, preferably 10-30%, and optimally approx. 20%. The weight of fibers in the mat is therefore 50-95%, preferably 70-90%, and optimally approx. 80%, calculated on the weight of the mat.

Basisvekten til den ferdige glassfibermatten (innleirede fibre med bindemiddel), er vanligvis ca. 90-110 g/m 2. Matten er vanligvis ca. 0,7 mm tykk. The base weight of the finished fiberglass mat (embedded fibers with binder) is usually approx. 90-110 g/m 2. The mat is usually approx. 0.7 mm thick.

Glassfibermatten utviser en porøsitet som er egnet for impregnering av asfalt for dannelse av "BUR"-membraner. Slike matter har en porøsitet på minst 100 m 3 /m 2/min., og vanligvis 140 eller mer, målt medden konvensjonelle Frazier-ASTM-D737 testmetode. The fiberglass mat exhibits a porosity suitable for impregnating asphalt to form "BUR" membranes. Such mats have a porosity of at least 100 m 3 /m 2 /min., and usually 140 or more, as measured by the conventional Frazier-ASTM-D737 test method.

"BUR"-membraner fremstilles ved impregnering av glassfibermatten med en passende mengde mettende asfalt, vanligvis ca. 330% asfalt basert på den opprinnelige vekt av glassfibermatten. Deretter blir "BUR"-taktekkingssystemer, f.eks. 3-lags "BUR"-systemer fremstilt fra flerlags "BUR"-membraner som holdes sammen med belegg av asfaltholdig adhesiv. "BUR" membranes are produced by impregnating the fiberglass mat with a suitable amount of saturating asphalt, usually approx. 330% asphalt based on the original weight of the fiberglass mat. Then "BUR" roofing systems, e.g. 3-layer "BUR" systems made from multi-layer "BUR" membranes held together by coatings of asphaltic adhesive.

En oppsummering av de foretrukne utførelser ifølge oppfinnelsen er gitt i nedenstående tabell. A summary of the preferred embodiments according to the invention is given in the table below.

Claims

1. New and improved glass fiber mat particularly suitable for the production of built-up roofing membranes, characterized in that it includes: \ \ (i) embedded glass fiber components formed by dispersion of bundles of glass fibers in a wet lay- process, as said fibers have a diameter of approx. 13-14 microns and a length between 19 and 44 mm, which fiber components comprise individual filament fibers and elongated fiber elements present in approximately equal amounts by weight, and (ii) a binder to hold the fiber components together.

2. Glass fiber mat according to claim 1, characterized in that the porosity of the mat is at least 100 m 3 /m 2 / min.

3. Glass fiber mat according to claim 1, characterized in that the mat has a porosity of 140 m 3 /m 2 / min.

4. Glass fiber mat according to claim 1, characterized in that said fibers are glued.

5. Glass fiber mat according to claim 1, characterized in that the extended fiber elements have approx. 2-200 fibers per element therein.

6. Glass fiber mat according to claim 1, characterized in that the total number of said fiber components in a unit area of the embedded glass fiber 6 2 components is between 2.9 and 6.6 x 10 fibers per m, at a glass weight of approx. 80 g/m 2 and a mat thickness of approx.

0.7 mm.

7. New and improved built-up roofing membrane according to claim 1, characterized in that it also comprises saturating asphalt impregnated in said mat.

8. Built-up roofing membrane according to claim 9, characterized in that it has a tensile strength of 550 N/50 mm width (MD) and an Elmendorf tear strength of 7 N (MD), at a glass mat base weight of approx.

100 g/m 2 and a binder level of 20% by weight of said mat.

9. Built-up roofing system according to claim 9, characterized in that it comprises several layers of said built-up roofing membranes with high strength, as well as adhesive asphalt-containing coatings between said membranes.

10. 3-layer structured roofing system according to claim 11, characterized in that it comprises 3 layers of said membranes.