DD201765A5

DD201765A5 - Verbundfaserstoffe sowie deren herstellung und anwendung

Info

Publication number: DD201765A5
Application number: DD81231815A
Authority: DD
Inventors: Peter J Briggs; Kevin Mcaloon
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-08-10
Also published as: AU7272281A; AU554872B2; FI70569B; IE51160B1; AU553942B2; NO812360L; AU7267281A; ES8204012A1; FI70569C; NZ197621A; EP0044178A3; EP0044160B1; ES503854A0; IE51253B1; DD202836A5; JPS5747654A; EP0044161A2; HU183514B; JPS6412223B2; ZA814542B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundfaserstoff in Form von Einzelfasern, Blaettchen, Schichten oder leichtgewichtigen Bloecken, bestehend aus nichtbrennbaren Fasern und Lamellen eines Schichtminerals, ein Verfahren zur Herstellung des Verbundfaserstoffes durch Aufbringen von Lamellen eines Schichtminerals auf die Fasern, vorzugsweise als Suspension und anschliessendes Entfernen der fluessigen Phase der Suspension sowie die Verwendung der Verbundfaserstoffe zum Feuerschutz von Substraten.

Description

Berlin, den 26.4.1982 AP C 04 B/231 815/1 59 519/12

Verbundfaserstoffe sowie deren Herstellung und Anwendung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Faserstoffe und vor allem Verbundfaserstoffe, die aus Pasern bestehen, die mit einem anorganischen Material beschichtet oder in ein anorganisches Material eingebettet wurden, um die Pasern zu verbessern, i^nd die Herstellung und die Verwendung von Verbundfaserstoffen.

Bekannte technische Lösungen

Pasern und darauf hergestellte Faserstoffe können bekanntlich leicht durch Peuer beschädigt-oder zerstört werden« Pasern, gleich ob es sich um natürliche oder synthetische handelt, die organischen Stoffe wie zum Beispiel Wolle-, Baumwolle-, Kunstseide-, Celluloseacetat-, Polyester-, Polyamid- und Lignocellulosefasern enthalten, sind im allgemeinen leicht entflammbar.

Pasern, die anorganische Stoffe enthalten, z. B* Glasfasern, sind entzündbare, aber im allgemeinen niedrigschmelzende Stoffe, so daß sie, obwohl sie entflammbar sind, bei einem Brand schmelzen. Beide Paserarten bieten wenig Widerstand, wenn überhaupt einen, gegen die Ausbreitung eines Peuers und sind nicht flammenhemmend· Die höherschmel?-e.nden anorganischen Pasern, z_e B. die sogenannten keramischen Pasern wie Alumosilikatfasern, Mineralwollen und polykristallinen Tonerdefasern, sind viel feuerbeständiger, sind aber im

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allgemeinen für die meisten praktischen Anwendungsfälle zu teuer.

Es wäre selbstverständlich sehr vorteilhaft, zum Beispiel für die Textil-, Ausstattungs- und Bauindustrie, wenn fasern, vor allem die billigeren, niedrig-schmelzenden anorganischen Fasern so verändert werden könnten, daß ihr Feuerverhalten, z. B, ihre Feuerbeständigkeit und Flammenhemmung, verbessert würde, und es sind zahlreiche Behandlungen zur Erzielung dieses wünschenswerten Ergebnisses vorgeschlagen worden, bei denen die Pasern mit einem feuerfesten Material beschichtet oder in dieses eingebettet wurden oder ein feuerbeständiges Material in die Faserstruktur eingebaut wurde. Bisher ist keine zufriedenstellende Lösung für dieses Problem gefunden worden; vor allem konnte keine Lösung gefunden werden, bei der ein zufriedenstellendes Feuerverhalten mit annehmbaren Kosten kombiniert werden konnte und doch die flexible Beschaffenheit der Fasern und der daraus hergestellten Stoffe erhalten blieb»

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, diese Nachteile weitgehend auszuräumen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundfaserstoff zur Verfügung zu stellen, der aus nicht-brennbaren Fasern und Lamellen eines Schichtminerals besteht» .

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Der Faserverbundetoff enthält vorzugsweise mindestens 15 Masse-% und vorzugsweise mindestens 20 Masse-% Fasern,

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren für die Herstellung des Paserverbundstoffes bereitgestellt, bei dem die Lamellen auf Fasern, vorzugsweise aus einer Suspension in einer inerten Trägerflüssigkeit, aufgebracht werden«

Bei dem Herstellungsverfahren für den Verbundstoff handelt es sich auch um eine Methode zur Verbesserung des Feuerverhaltens von nicht-brennbaren Fasern·

Vermiculit ist das bevorzugte Schichtmineral· Unter "Vermiculit" sollen alle mineralogisch und kommerziell als Vermiculit bekannten Stoffe, einschließlich Chlorit-Vermiculite, zu verstehen sein.

Mit dem in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriff "Lamellen eines Schichtminerals" sind winzige Teilchen des Schichtminerals gemeint, die durch chemisches Delaminieren des Schichtminerals zu Teilchen oder Plättchen mit hohem Schlankheitsverhältnis gewonnen werden.

Es sind zum Beispiel durch.chemische Delaminierung gewonnene Vermiculitlamellen winzige Plättchen, die durch chemische: Delaminierung von Vermiculit erzeugt wurden und eine Dicke von weniger als 0,5 Mikrometer, gewöhnlich weniger als 0,05 Mikrometer, und vorzugsweise unter 0,005 Mikrometer und ein Schlankheitsverhältnis (d. h. Länge oder Breite geteilt durch Dicke) von mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100 und am besten von mindestens 1000, zum Beispiel 10 000 haben. Die durch chemische Delaminierung anderer Schichtminerale ge-

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wonnenen Lamellen haben ähnliche Dimensionen wie die Vermiculitlamelleno

Wenn auch Vermiculit das bevorzugte Schichtmineral ist, so können auch andere Schichtminerale verwendet werden, z. B, Montmorillonit, Kaolinit (und Sepiolit und Koalinit enthaltende Tone, beispielsweise Kaoline und Ball Clay), und andere Schicht-Silikatminerale, die chemisch delaminiert werden können, damit Lamellen oder plättchenartige Teilchen entstehen.

Die erfindungsgemäßert Verbundfaserstoffe können die verschiedensten Formen aufweisen, und die Schichtminerallamellen können in dem"Verbundstoff als Beschichtung auf den einzelnen Pasern des Verbundstoffes, als Schicht, in die die Fasern eingebettet sind, oder als Beschichtung oder Verblendschicht auf einer oder beiden Seiten eines Fasermaterials wie Gewebe oder Filz, öder als eine Innenschicht zwischen Schichten des Fasermaterials vorhanden sein. Nur zur Erläuterung und keineswegs als Einschränkung des Geltungsbereichs der Erfindung sind die folgenden Produktformen in die Bezeichnung Verbundfaserstoff einbezogen:

3 Eine auf einer oder beiden Seiten mit einer Schicht von Lamellen versehene Schicht von Fasern.

4 Stränge aus mehreren Elementarfäden, z. B. 100 bis 1000 Fäden, wobei Lamellen auf die einzelnen Elementarfäden und/oder auf die Stränge aufgebracht sind.

5 Rovings aus mehreren miteinander verdrillten, gedoppelten oder verzwirnten Strängen, wobei Lamellen auf die Elementarfäden und/oder die Stränge und/oder die Rovings aufgebracht sind«

6 Eine durch Lamellen verbundene Faserschicht.

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7 Faserblöcke aus einer Masse von Fasern, die an ihren Berührungspunkten durch die Lamellen des Schichtminerals miteinander verklebt sind und vorzugsweise auch einzeln oder in Gruppen mit den Lamellen beschichtet sind. Die Fasern können in den Blöcken wahllos orientiert sein, so daß ein leichter Block mit offener dreidimensionaler Struktur entsteht, der gute Wärme- und Schallisoliereigenschaften hat.

S Eine Mehrschicht-Struktur aus zwei oder mehr Schichten eines Verbundmaterials wie beschichtetem oder imprägniertem Gev/ebe oder Filz, die unter Verwendung eines herkömmlichen Klebstoffes oder vorzugsweise unter Verwendung der Lamellen des Schichtminerals als Klebstoff zusammenlaminiert sind* Wärmebeständige Platten, wie sie gewöhnlich als Arbeitsflächen in Küchen verwendet werden, sind ein spezifisches Beispiel für eine derartige Struktur.

Man wird leicht erkennen, daß jede der oben erläuterten Produktformen, die eine Schicht von Fasern enthält, eine mehrschichtige Faserstruktur aufweisen kann und daß die Faserschichten lose Fasern enthalten können oder eine gewebte, gewirkte, Nadelfilz-, gefilzte oder anderweitig vereinigte Struktur sein können. Außerdem ist vorgesehen, daß in jeder der Produktformen des Verbundfaserstoffes die Fasern durchgehend (endlos) oder unterbrochen (als Stapelfasern) oder als Agglomerate von Fasern wie in'Form von Glaswolle oder Glasfaserbändern vorliegen können.

Die Menge der auf die Masse des Fasermaterials aufgebrachten Lamellen kann innerhalb breiter Grenzen, beispielsweise je nach dem vorgesehenen Feuer/Temperatur-Einsatz des Verbundstoffes, der erwünschten Flexibilität des Verbundstoffes,

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dem geforderten Grad der Strukturintegrität des Verbundstoffes, bevor und nachdem er einem Peuer ausgesetzt worden ist, und ob die Lamellen als Beschichtung oder Verblendung für das Pasermaterial verwendet werden, variieren. Im allgemeinen wird eine Verstärkung der Lamellen auf dem Pasermaterial das Peuerverhalten der Pasern verbessert und die thermischen Bedingungen, die der Verbundstoff aushalten kann, erhöhen. Es wurde jedoch beobachtet, daß im allgemeinen nur sehr dünne Schichten von Lamellen, zum Beispiel von weniger als 1 Mikrometer Dicke erforderlich sind, um das Peuerverhalten und das Hochtemperaturverhalten der Pasern zu verbessern» Iiur zur Orientierung, die Masse des S_chichtminerals auf den Pasern des Verbundstoffes wird gewöhnlich 0,05 bis 100 Masse-%, im allgemeinen 0,1 bis 20 Masse-%, der Pasern betragen. Darüber hinausgehende Mengen an Schichtmineral können eingesetzt werden, und tatsächlich kann der Verbundstoff soviel Schichtmineral wie Pasern oder noch mehr enthalten, so daß der Verbundstoff in Wirklichkeit eine faserverstärkte Schicht von Lamellen ist, zum Beispiel dort, wo hohe Plexibilität im Verbundstoff unnötig oder unerwünscht ist. Die Menge an Pasern in einer solchen Struktur sollte mindestens 15 Masse-% betragen und kann beispielsweise 20 bis 50 Hasse-% des Verbundstoffes ausmachen.

Die Menge der auf die Pasern aufgebrachten Lamellen wird den Grad der Beschädigung bestimmen, den die Pasern aufweisen werden, wenn das Verbundmaterial einer Plamme, oder speziell im Palle niedrig-schmelzender Pasern, über dem Schmelzpunkt der Pasern liegenden Temperaturen ausgesetzt wird. Dunn mit dem Schichtmineral beschichtete schmelzbare Pasern können durch eine Plamme oder hohe Temperatur zum Schmelzen oder Erweichen gebracht werden, während eine Ver-

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Stärkung der Schichtdicke die Widerstandsfähigkeit der Fasern gegen Schmelzen und Erweichen erhöht. In den meisten praktischen Anwendungsfällen der Erfindung können die Fasern des Verbundmaterials leicht durch eine Flamme oder hohe Temperatur beschädigt oder sogar vollständig geschmolzen werden, aber tr-otzdem wird das Feuerverhalten des Verbundmaterials nicht ernstlich beeinträchtigt, vor allem nicht die Feuersperr- und Flammenhemmeigenschaften des VerbundstDffmaterials«

Zum Beispiel können niedrig-schmelzende, in Vermiculitlainellen eingekapselte Glasfasern in einem Feuer erweichen oder sogar schmelzen, aber das erweichte oder geschmolzene Glas bleibt durch die Beschichtung erhalten, und die Glasfasern bilden sich wieder bei Abkühlung des Verbundstoffmaterials.

Es ist bekannt, daß dünne Tafeln oder Pappen aus Suspensionen von VermiculitlameIlen gebildet werden können und daß solche Tafeln zur Verkleidung von brennbaren organischen Schaumstoffen als Feuerschutz verwendet werden können, wobei ein solches Produkt z. B. in der GB-PS 2 007 153 beschrieben wird· Es wurde jedoch festgestellt, daß sich derartige Tafeln oder Pappen bei Einwirkung von Feuer kräuseln und reißen und daher die Ausbreitung von Flammen nicht zufriedenstellend hemmen und keine entsprechende Feuersperre zum Schutz von brennbaren Substraten, auf denen sie als Verblendmaterial verwendet werden, bilden. Im Gegensatz dazu wurde überraschenderweise gefunden, daß die erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe, wenn sie einem Feuer ausgesetzt werden, sich nicht kräuseln oder nicht reißen, selbst wenn die aufgebrachte Lamellenschicht .extrem dünn ist. Somit bieten die erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe

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bessere Feuersperren als Tafeln oder Pappen, die nur Lamellen enthalten. Die Herstellung der Verbundfaserstoffe erfolgt durch Aufbringen der Schichtmineral-Lamellen auf ein geeignetes Fasersubstrat. Gewöhnlich werden die Lamellen aus einer Suspension in einer Trägerflüssigkeit, bei der es sich beispielsweise um eine organische Flüssigkeit oder Wasser oder ein anderes wäßriges Medium handeln kann, aufgebracht. Die Suspension, die in dem Prozeß, der für die chemische Delaminierung der Schichtminerale angewandt wird, gewonnen wurde, kann zweckmäßigerweise direkt zur Bildung des Verbundfasermaterials verwendet werden, Yienn es jedoch gewünscht wird, können Lamellen in Form eines frei-fließenden trockenen Pulvers (wie beispielsweise in der europäischen Patentschrift Kr» 000,9311A beschrieben wird) in einer'geeigneten Trägerflüssigkeit für die Aufbringung auf das Fasersubstrat suspendiert werden. Der Feststoffgehalt (Lamellen) der Suspension^ist nicht kritisch und kann in einem breiten Bereich variieren· Ea kann jede beständige Suspension verwendet werden. Im allgemeinen wird der Feststoffgehalt der Suspension bis zu 40 Masse-% der Suspension betragen, kann aber auch für die Herstellung von sehr -dünnen BeSchichtungen nur einige wenige %, z. B. 2 Masse-% ausmachen. Der Feststoffgehalt der Suspension wird vorzugsweise für die meisten Anwendungsfälle 10 bis 20 Masse-% betragen, wenn auch Suspensionen mit einem höheren Feststoffgehalt-, zum Beispiel bis zu 50 Masse-%, für die Herstellung von Faserblöcken bevorzugt werden mögen, lach der Aufbringung der Suspension des Schichtminerals auf das Fasersubstrat wird die Trägerflüssigkeit entfernt, gewöhnlich durch Verdampfung, so daß die Lamellen des Schichtminerals auf dem Fasersubstrat, vorzugsweise als kohärente Schicht aufgebracht zurückbleiben. Auf Wunsch kann über-

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schüssige Trägerflüseigkeit ausgepreßt v/erden, oder man läßt es aus dem Verbundstoffmaterial ablaufen, bevor das Verbundstoffmaterial zur Entfernung zurückgebliebener Trägerflüssigkeit erhitzt wird. Als Temperatur, bei der die Suspension auf das Fasersubstrat aufgebracht wird, kann jede Temperatur bis"zum Siedepunkt der Trägerflüssigkeit oder höher gewählt werden, natürlich unter der Voraussetzung, daß die Fasern bei derartigen Temperaturen beständig sind* Vorzugsweise werden über dem Siedepunkt der Trägerflüssigkeit liegende Temperaturen vermieden, da, wenn nicht mit der erforderlichen Sorgfalt verfahren wird, eine schnelle Gasentwicklung stattfindet, die einen nachteiligen Einfluß auf die Eigenschaften des Verbundmaterials haben kann.

Die Suspension (oder Aufschlämmung, wie man auch dazu sagen könnte) kann auf das Fasersubstrat mit Hilfe jeder bekannten Technik wie Streichen (Anstreichen), Sprühen, Rakelauftragen, Y/ischen, Rakelbeschichten, "Spali^Beschichten, Walzenbeschichten, Tauchbeschichten und Imprägnieren aufgebracht werden, oder im Falle loser Fasern durch gleichzeitige Aufbringung von Fasern und Schichtmineralen« Für den Fachmann ist es eine einfache Angelegenheit, eine Suspensionsstärke und eine Aufbringungstechnik zu._..w.ählen,.__ die für die Aufbringung der entsprechenden Menge Lamellen auf ein bestimmtes Fasersubstrat geeignet sind.

Die für die Aufbringung der Lamellen auf das Fasersubstrat eingesetzte Aufbringungstechnik kann je nach der verlangten endgültigen Form des Verbundstoffmaterials variieren und wird für die'Beschichtung einzelner Fasern, Stränge oder Rovings anders sein als für die Beschichtung gewebter, gefilzter oder anderweitig vereinigter Faserstoffe oder

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für die Herstellung von Faserblöcken,

Auf Wunsch kann die Suspension der Lamellen zur Erzeugung eines Schaumes für die Aufbringung auf das Fasersubstrat vergast werden, so daß der Schichtmineralanteil des resultierenden Verbundmaterials als zellenartige (Festschaum) Matrix vorliegt· Die Umwandlung einer Suspension von Vermiculitlamellen in feste Schaumstoffe wird beispielsweise in der GB-PS Hr. 1 585 104 beschrieben.

Im Falle der Beschichtung einzelner Fasern, Garne oder Stränge sieht eine spezielle Ausführüngsform der Erfindung die Aufbringung der Beschichtung während der Produktion der Faser, des Garnes oder Stranges vor. So können beispielsweise beim Spinnen von Fasern wie Glasfasern die "grünen" frischextrudierten Fasern sofort mit der Lamellensuspension beschichtet werden, indem zum Beispiel die Fasern an einer geeigneten Stelle hinter der' Spinndüsenöffnung (den Spinndüsenöffnungen) besprüht werden oder die Fasern"in ein Bad der Suspension gesponnen werden· Eine alternative Technik für das sofortige Beschichten der Fasern nach dem Extrudieren besteht im Bestäuben der "grünen" Fasern, solange sie noch klebrig sind, mit einem aus den Lamellen bestehenden Pulver; aber infolge der Selbstklebe-Eigenschaften, die die Lamellen, vor allem Vermiculitlamellen, bei der Ablagerung aus einer wäßrigen Suspension aufweisen, wird die Aufbringung einer wäßrigen Suspension auf die Fasern dem trockenen Pulver bevorzugt.

Eine andere Technik für die Aufbringung der Lamellen auf die Fasern besteht in der Anwendung einer Suspension der Lamellen als Texfcilschlichte. So kann die Suspension zum

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Beispiel auf Glasfasern als Schlichte unter Anwendung der in der GB-PS Nr. 2 016 993 und von K. L₉ Loewenstein in "The Manufacturing Technology of Continuous Glas Fibre" (Die Herstellungstechnologie endloser Glasfasern)"(eine Veröffentlichung von Elsevier) beschriebenen Techniken aufgebracht werden.

Eine andere Technik, die sich für eine spezifische Produktform eignet, ergibt sich in dem Fall, in dem das Fasersubstrat des.Verbundmaterials eine Fasermatte ist, die durch ein Handauflege- oder Papierherstellungsverfahren hergestellt wurde, bei dem die Fasern in einer Trägerflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, suspendiert sind und die Fasermatte aus der Suspension hergestellt wird» In einem solchen Fall kann die Fasersuspension die Lamellen enthalten, indem die Fasern in einer Suspension von Lamellen suspendiert, die Lamellen in einer Suspension von Fasern suspendiert oder Suspensionen von Fasern und Lamellen vermischt werden. Bei diesem Verfahren wird häufig eine geringe Menge eines organischen Bindemittels, zum Beispiel Kautschuklatex oder Polymerlatex, in die Suspension eingemischt, um der fertigen Matte Handlichkeit zu verleihen, wobei das organische Bindemittel anschließend auf Wunsch durch Verbrennen (natürlich unter der Voraus®fezung, daß die Fasern die Verbrennungsbedingungen aushalten können) entfernt wird«

Nach der Aufbringung der Lamellensuspensionen auf das Fasersubstrat wird das nasse Substrat vorzugsweise ausgedrückt oder kaiandriert, um etwaige Luft (vor allem Blasen), die eingeschlossen sein könnte, zu entfernen und dadurch das ästhetische Aussehen und die Griffigkeit des Verbundmaterials

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zu verbessern und das Auftreten von Blasenbildung in der Beschichtung bei einem Feuer zu reduzieren.

Die erfindungagemäßen faserigen Verbundstoffe weisen ein verbessertes Feuerverhalten und Hochtemperaturverhalten im Vergleich zu dem entsprechenden, aus unbehandelten Fasern hergestellten Material auf, obwohl der K-Faktor der "behandelten Fasern gewöhnlich etwas höher als der der unbehandelten Fasern sein wird· So können Fasern, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen, so verbessert werden, daß sie Hochtemperaturverhalten aufweisen. Zum Beispiel können niedrigschmelzende Glasfasern durch die Zugabe von Vermiculitlamellen verbessert werden, daß sie ein Hochtemperaturverhalten bekommen, das gewöhnlich nur Asbestfasern, Mineralwolle und den sogenannten Keramikfasern zugeschrieben wird» Höher-· schmelzende Fasern wie Asbest, Mineralwolle und Keramikfasern können zu einem noch besseren Hochtemperaturverhalten gebracht werden. Es ist ein allgemeines Merkmal der Erfindung, daß das Feuerverhalten und die thermischen Eigenschaften aller nicht-brennbaren Fasern und Faserstoffe dadurch verbessert werden, daß auf sie eine Beschichtung von Lamellen eines Schichtminerals aufgebracht wird.

Wie oben erwähnt wurde, ist Vermiculit das bevorzugte Beschichtungsmaterial. Der Grund für diesen Vorrang liegt darin, daß Vermiculit nicht nur gute Feuerbeständigkeit und thermische Leistung den Verbundfaserstoffen verleiht, sondern daß chemisch delaminierter Vermiculit, wenn er aus wäßrigen Suspensionen aufgebracht wird, ausgezeichnete Selbstklebeeigenschaften aufweist, Nach der Entfernung des Wassers (oder der anderen 'Trägerflüssigkeit) aus Lamellensuspensionen chemisch delaminierten Vermiculits haften die Lamellen an-

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einander und bilden eine verhältnismäßig feste Vermiculitschicht, und VermiculitlameIlen enthaltende Verbundfaserstoffe profitieren von diesem Selbstklebemerkmal der zugesetzten Lamellen insofern, als die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Verbundstoffes verbessert werden» Die aufgebrachten Vermiculitlamellen können die Rolle eines Klebstoffes spielen und die Fasern des Fasersubstrates miteinander verbinden und/oder den Verbundstoff mit anderen Stoffen verbinden, um beispielsweise Laminate herzustellen.

Außer der Verbesserung der Feuerfestigkeit und des Hochtemperaturverhaltens der Fasern, auf die die Deckschicht der Lamellen aufgebracht wurde, kann die Beschichtung den weiteren Vorteil bringen, daß sie Dampfsperreigenschaften und vor allem WasserdampfSperreigenschaften auf den Faserfilmen, die aus Lamellensuspensionen, speziell Vermiculitlamellen, aufgebracht wurden, verleiht und besonders niedrige Wasserdampf-Durchlässigkeitskoeffizienten ergibt, so daß die erfindungsgemäßen Verbundfasermaterialien als Sperrschichten verwendet werden können, um das Eindringen von Wasserdampf in Stoffe wie Schaumstoffe (bei denen das Bindringen von Wasser den Isolationswert des Schaumstoffes bei Alterung beeinträchtigen kann) oder wasserabbaubare Stoffe hemmen.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Beschichtung nichtbrennbarer Fasern mit Lamellen ergibt, liegt darin, daß die Fasern stärker flammenhemmend werden«, Die Flamme kann sich aber möglicherweise über die Oberfläche des Verbundmaterials ausbreiten, und v;enn es erwünscht ist, können in das Verbundmaterial, und vor allem in dessen Oberfläche, flammenhemmende Zusatzstoffe wie halogenierte Verbindungen, Antimontrioxid, Aluminiunitr!hydroxid, Borate und Phosphate eingebaut werden»

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Noch ein Vorteil, der sich aus dem Beschichten von nichtbrennbaren Fasern mit Lamellen ergibt, liegt darin, daß die Beschichtimg chemisch inert and vor allem beständig gegenüber Säuren und Alkali ist. So können Fasern, die normalerweise nicht in alkalischen Umgebungen zu gebrauchen sind, zum Beispiel Glasfasern, für· einen solchen Einsatz die entsprechende Eignung erhalten. Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffes stellen alkaü-beständige Glasfasern dar, bei denen es sich um Glasfasern handelt mit einer darauf befindlichen Lamellenschicht eines Schichtminerals, vorzugsweise von Vermiculitlamellen. Die oben beschriebenen Verbundfaserstoffe, die unmodifizierte Beschichtungen von Lamellen eines Schichtminerals aufweisen, sind nützliche Stoffe für ein' weites Anwendungsgebiet. Bei Anwendungsfällen jedoch, bei denen das Verhundmaterial" möglicherweise Flüssigwasser ausgesetzt werden kann, empfiehlt es sich, die Beschichtungen so zu modifizieren, daß sie auf dem Verbundstoff eine verbesserte Wasserfestigkeit ergeben. Unmodifizierte Beschichtungen haben die neigung, sich in Flüssigwasser' abzubauen; aber sie lassen sich leicht modifizieren, damit sie in Flüssigwasser beständig werden» Verbundstoffe, die Veriniculitlamellen enthalten, können durch die Behandlung mit einer Lösung, z_o B. einer gesättigten Lösung eines Magnesiumsalzes wie Magnesiumchlorid, durch die Behandlung mit Ammoniak oder dem Dampf eines Alkylamins oder durch den Einbau eines Ϋ/asserfestigkeitsverbesserers in die auf das Fasersubstrat aufgebrachte Lamellensuspension wasserbeständig gemacht werden, wie in der europäischen Patentveröffentlichung Ur. 0 009 310 A1 beschrieben wird. Geeignete Wasserfestigkeitsverbesserer sind feinverteilte, in Wasser mäßig lösliche Verbindungen, die eine basische Reaktion in Wasser

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ergeben, zum Beispiel Calciumoxid und Magnesiumoxid«

Magnesiumoxid ist der bevorzugte Wasserfestigkeitsverbesserer, und dieses Zusatzmittel verleiht dem Verbundmaterial nicht nur Wasserbeständigkeit, sondern es erhöht auch die Festigkeit des Verbundstoffes. Magnesiumoxid ist ein besonders bevorzugtes Zusatzmittel für vergaste (geschäumte) Vermiculitsuspensionen, die für die Bildung von Verbundmaterial verwendet werden, da es darüber hinaus noch die Druckfestigkeit der zellartigen (Festschaum) Vermiculitmatrix des Verbundmaterials erhöht. Die Menge des VVasserfestigkeitsverbesserers wird gewöhnlich bis zu 15 Masse-%, im allgemeinen 10 Masse-%, in bezug auf die Lamellen betragen.

HDas Wasserfestmachen der Verbundmaterialien kann im Gegensatz der Verbesserung ihrer Beständigkeit in Flüssigwasser durch den Einbau eines Silikonpolymervorläufers in die Lamellensuspension vor dem Auftragen der Suspension auf das Fasermaterial und die Behandlung des Verbundmaterials mit einem sauren Gas in Gegenwart von ?/asser zur Polymerisierung des Vorläufers und Bildung eines Silikonpolymeren in dem Verbundmaterial erfolgen. Ein solcher Prozeß der Wasserfestmachung wird in der gleichfalls anhängigen britischen Patentanmeldung Ir. 8 103 459 beschrieben. So kann beispielsweise Katriummethylsiliconat in die Suspension eingebaut werden und das resultierende Verbundmaterial mit Kohlendioxid in Gegenwart von Wasser behandelt werden (während des Trocknens des Verbundmaterials oder anschließend an das Trocknen des Verbundes und das erneute Anfeuchten desselben). Die Menge des der Suspension zugesetzten Siliconpolymervorläufers wird gewöhnlich etwa bis zu 5 Masse-%, im allgemeinen

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etwa 2 Masse-% in bezug auf die Lamellen betragen.

Zur Bildung der erfindungsgemäßen Verbundstoffe kann jede Lamellensuspension von Schichtmineralen verwendet werden· Die chemische De!aminierung von'Schichtmineralen ist allgemein bekannt, und jeder der bekannten chemischen Delaminierungsprozesse kann angewandt werden, einschließlich der , in den GB-PS Ur, 1 016 385; 1 076 786; 1 119 305 und 1 585 104 und der von Baumeister und Hahn in "Micron", J7» 247 (1976) für die chemische Delaminierung beschriebenen Prozesse, Die Suspension von chemisch delaminiertem Schicht-Biineral wird vorzugsweise einer Naß-Klassierungsbehandlung unterzogen, bei der größere Partikel des Minerals entfernt werden, wie für Suspensionen von ^ermiculitlamellen in der britischen Patentanmeldung Nr. 39510/76; 51425/76 und der deutschen OLS 2 741 859 beschrieben wird· Pur die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Suspension vorzugweise auf eine Teilchengröße (Plättchen) unter 50 Mikrometer naß-klassiert, so daß die Suspension kolloidale Eigenschaften aufweist. Typische Suspensionen von Vermiculitlamellen, die nach dem in der GB-PS Nr₀ 1 585 104 beschriebenen Prozeß gewonnen und auf Teilchen unter 50 Mikrometer naß-klassiert wurden, enthalten etwa 40 % Teilchen im Größenbereich von 0,4 bis 0,5 Mikrometer. Solche Suspensionen sind die bevorzugten Suspensionen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe· Die erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe können in Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen die entsprechenden faserstoffe normalerweise verwendet werden, und außerdem ermöglichen sie es, daß bestimmte Fasern für- zahlreiche Anwendungsfälle verwendet werden können, wo bisher diese fasern als unbrauchbar ange-

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sehen wurden, da sie nicht zufriedenstellendes Feuerverhalten zeigten. Die Aufgabe als Wärmeisolierung und der Einsatz als Feuersperre, die bisher als einzige Domäne von Asbest, Keraniikfasern und feuerfesten Fasern angesehen wurden, können jetzt von den billigeren, weniger spezialisierten Glasfasern erfüllt werden, während Spezialfasern ihrerseits qualitativ verbessert wurden und eine noch höhere Wärmebeständigkeit erhalten haben und für anspruchsvollere Feuerschutzaufgaben eingesetzt werden können.

Einbezogen in die vielen Verwendungsmöglichkeiten der erfind un-gs gemäß en Verbündfaserstoffe sind Wärme-'und Schallisolierungsfälle und der Brandschutz von brennbaren und/oder niedrig-schmelzenden Stoffen wie Kautschuk- und Plastschaumstoffe, Tafeln und Folien, Aluminium, Holz, Papier, Pappe, Glas und dergleichen» Für derartige Anwendungszwecke kann das Verbundfasermaterial als lose Abdeckung angewandt werden, die nicht mit dem brennbaren Substrat verklebt ist, aber es wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn der Verbundstoff an das Substrat gebunden und mit ihm laminiert ist. Der Verbundstoff kann mit dem Substrat unter Verwendung eines herkömmlichen Klebstoffes laminiert werden, obwohl es in den meisten Fällen, in denen das Schichtmineral Vermiculit ist, durch die klebrige Beschaffenheit der aus der Suspension abgelagerten Lamellen möglich ist, auf einen anderen Klebstoff zu verzichten. So wird beispielsweise die Aufbringung des nassen Verbundstoffes (d. h. des Fasersubstrates plus Vermiculitsuspension) oftmals "zu einer zufriedenstellenden Bindung des Verbundstoffes mit dem Substrat führen» Alternativ kann der Verbundstoff in situ auf dem zu schützenden Substrat gebildet werden, indem

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beispielsweise das Substrat mit der Vermiculitsuspension beschichtet und dann das Fasermaterial auf (und in) die nasse Vermiculitschicht gepreßt wird; auf Wunsch kann dann eine weitere Vermiculitschicht über dem Fasermaterial angebracht werden^ um das Laminat mit V_ermiculitlamellen zu "verblenden"_β

Das Verbundmaterial kann auf Wunsch andere Substanzen enthalten, z. B. Schlichtemittel, Schmiermittel und Bindemittel auf den Pasern, oder herkömmliche feuerhemmende Zusatzstoffe.

Die Verbundfaserstoffe sind auch in Anwendungsfällen brauchbar, die nicht speziell Feuerhemmung und gute thermische Eigenschaften erfordern, zum Beispiel als Verstärkungsschichten für organische und anorganische Stoffe, z. B. Polymere, Kautschuke, Plaste und Zemente.,Anwendungsmöglichkeiten, die die Verstärkung von organischen .Stoffen mit Fasern umfassen, schließen von GRP (glasfaserverstärkte Plaste) ein.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, aber nicht eingeschränkt, bei denen die folgende, allgemeine Verfahrensweise, zur Herstellung der Vermiculitsuspensionen angewandt wurde.

Herstellung von Vermiculitsuspensionen

150 Teile Vermiculiterz (Medoval Mikrometer-Sorte, aus Südafrika) werden mit gesättigter Natriumchloridlösung in einem Masseverhältnis von 1 : 2 30 Minuten lang bei 80 ⁰G in einem Behälter gerührt. Diese Suspension wird anschließend zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Der

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nasse Kuchen wird in einen zweiten Behälter übertragen, in dem das Vermiculit 30 Minuten lang bei 80 ⁰G mit 1,5 Ei n-Butylaminhydrochlorid (Verhältnis 2 : 1 Flüssigkeit : feststoff) gerührt wird. Diese Suspension wird anschließend, zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen, bevor der nasse Kuchen in einen Quellbehälter gebracht wird, in dem der Vermiculit mit entionisiertem Wasser gerührt wird* Nach dem Aufquellen enthält die Suspension etwa 20 % Peststoffe, und die Teilchen weisen etwa einen Größenbereich von 300 bis 400 Mikrometer auf» Diese Suspension wird dann durch eine Art .Steinmünde geleitet, in der etwa 50 % der Teilchen zu Plättchen mit einer unter 50 Mikrometer liegenden Größe reduziert werden» Diese gemahlene Suspension wird in einem Fliehkraftklassierer mit Überlauf klassiert, und die leichteren Teilchen mit einer unter 50 Mikrometer liegenden Siebgröße v/erden für die Verwendung gesammelt» Die Analyse dieser 18 bis 21 % Feststoffe enthaltenden Suspension mit Hilfe von Fotodensitometer und Scheibenzentrifuge ergibt, daß etwa 40 % der Teilchen eine Größe ("äquivalenten Kugeldurchmesser") von 0,4 bis 1,0 Mikrometer haben* Der Feststoffgehalt der Suspension kann leicht durch die Zugabe von Wasser oder durch die Entfernung von Wasser eingestellt werden»

Beispiel 1;

Eine Aufschlämmung mit 4 Masse-% Vermiculitlamellen wurde unter Anwendung der oben beschriebenen allgemeinen Verfahrensweise hergestellt» Von Regina-Fibreglass Ltd· gelieferte Glasfaser-Gewebematte F4/5O/AG wurde in diese Aufschlämmung eingeweicht, und nach der Entfernung wurde überschüssige Aufschlämmung aus der Matte ausgepreßte Die Matte wurde an-

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schließend über lacht an der Luft getrocknet, und die Masse des in die Matte imprägnierten Vermiculite wurde mit 41,3 g/m² ermittelt.

Glasfasergewebsmatte F4/5O/AG wurde mit Hilfe eines Trocken-Verfahrens mit 50 g/m hergestellt. Die Glasfaser-Endlosfäden werden aus C-Glas geschmolzen und zu einem Durchmesser von 13 Mikrometer gesponnen. Die Matrix von etwa 0,5 m langen Endlosfäden wird mit 10 % Acrylbindemittel gebunden. Die Behandlung mit Vermiculit gibt diesem organischen Bindemittel eine zusätzliche Bindewirkung (bei der Erzeugung von Glasfasern könnte das Bindemittel durch Vermiculit ersetzt werden).

Eine 200 mm χ 110 mm große Probe der unbehandelten Glasfaser-Gewebematte wurde über einem Calor-Gasbrenner mit runder Düse mit einem Durchmesser von 40 mm einem Feuertest unterzogen, wobei die Probe auf einem ^reifußstativ 30 mm über der Brennerdüse gehalten wurde. Die Temperatur der Flamme an der Probe betrug 1075 ⁰C. Die unbehandelte Probe kräuselte sich sofort beim Schmelzen der Glasfasern. Die Flammeneindringung in die Probe wurde auf 1 bis 2 Sekunden geschätzt.

Eine Probe der mit Vermiculit behandelten Glasfaser-Gewebematte wurde einem ersten Test unterzogen. Diese Probe behielt ihre Maßhaltigkeit in der Flamme und zeigte nur lokalisiertes Eindringen der Flamme (eine Fläche von etwa 4 mm χ 2 mm) nach 42 Sekunden. Nach 3 Minuten war .die Probe noch im wesentlichen unversehrt, und die Flamme hatte keine weiteren Schäden verursacht.

Beispiel 2:

Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wie-

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.V J ..9.. !... -- AP C 04 Β/231 815/1

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derholt, und zwar mit einer Glasfasermatte von 120 g/m , Unifilo PS271 (geliefert von Balzaretti Modigliani Spa_s Italien). Die unbehandelte Matte war in nur 3 bis 4 Sekunden durchgebrannt, während die mit Vermiculit behandelte Matte, die 1-6,4 g/m Vermiculit enthielt, 3 Minuten in der Flamme bei 1075 ⁰G aushalten konnte und nur lokalisiertes Schmelzen einiger Strangenden aufwies.

Beispiel 3?.

Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wozu eine von Hewalls Insulation and ^Ghemical Go·, Ltd·, Washington, Durham gelieferte Isolationsglasfaserplatte von 2 lb/ft^p verwendet wurde«, Eine unbehandelte 150 mm χ 100 mm χ 15 mm dicke Probe schmolz bei dem Feuertest bei 1075 ⁰C schnell durch, wobei die Flammeneindringung nur 52 Sekunden brauchte« Die mit Vermiculit behandelte Glasfaserplatte widerstand dem Durchbrennen und war nach 10 Minuten in der Flamme sichtlich unbeschädigt.

Beispiel 4?

Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt und dazu ein von TAB Industrial Products Limitad of Rochdale, Lancashire gelieferter Glasfaserroving von 600 tex verwendet. Das unbehandelte Roving wurde über die Flamme von 1075 °C gehalten und schmolz in etwa 2 Sekunden durch* Der mit Vermiculit behandelte Roving hielt 7 Sekunden in dieser Flamme aus«

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Beispiel 5:

Eine Vermiculitaufschlämmung mit 18 Masse-% feststoffen wurde durch zwei Andruckwalzen auf eine naß-hergestellte Glasfaser-Gewebematte von 53 g/m , Typ IEGOU, geliefert von Regina-Fibreglass Ltd., aufgebracht. Nach dem Trocknen

wurde die Masse des Vermiculits mit 50 g/m ermittelt, und durch diese Behandlung war die Glasfasermatte vollständig imprägniert und stellte eine staubfreie, flexible Matte dar. Eine 130 mm χ 60 mm große Probe von unbehandelter Glasfasermatte wurde bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Flammentest bei 1075 ⁰G in 5 Sekunden durchdrungen. Die mit Vermiculit behandelte Glasfasermatte war nach 4 Minuten in der Flamme praktisch unbeschädigte

Beispiel 6:

Eine Vermiculitaufschlämmung mit 18 Masse-% Feststoffen wurde mit einer Rakelauftragmaschine auf einer naß-hergestellten Glasfaser-Gewebematte von 70 g/m , Typ IE7OM, geliefert von Regina-Fibreglass Ltd., ausgebreitet, lach dem Trocknen be-

trug die Vermiculitmasse 70 g/m ♦

Eine 130 mm χ 60 mm große Probe unbehandelter Glasfasermatte wurde in 4 Sekunden bei dem in Beispiel 4 beschriebenen Flammentest bei 1075 ⁰G durchdrungen» Die mit Vermiculit behandelte Glasfasermatte zeigte nach 3 Sekunden eine Ausbreitung der Flamme auf der Oberfläche, aber 4 Minuten lang kein Eindringen der Flamme in die Matte, Das gleiche Ergebnis wurde erzielt, wenn die Vermiculitschicht oder die Glasfaserschicht direkt von der Gasflamme berührt worden war*

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Beispiel

Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde unter Verwendung einer 53-g/m²-Glasfaser-Gewebematte IE50U, geliefert von Regina-Fibreglass Ltd., und unter Verwendung von E-Glasfaser und etwa 18 Masse-% Harnstoff-Formalctehydbindemittel hergestellt. Nach dem Trocknen war die Matte vollständig mit 8 g/m Vermiculit imprägniert*

Eine 100 mm χ 60 mm große Probe einer unbehandelten Glasfasermatte entzündete sich nach 0,5 Sekunden und wurde in 4 Sekunden von der Gasflamme von 1075 ⁰C durchdrungen. Die mit Vermiculit imprägnierte Matte blieb nach 3 Minuten in dieser Flamme steif und unbeschädigt·

Beispiel 8;

Eine Glasfasermatte IB50U wurde in einem Ofen 24 Stunden lang auf 350 ⁰C gehalten, um das organische Bindemittel zu entfernen_e Die resultierende Matte wurde sorgfältig in eine 4%ige Vermiculitaufschlämmung eingev/eieht, und nach dem Auspressen von überschüssiger Aufschlämmung mit Hilfe einer Walze wurde die behandelte Matte getrocknet und dem in Beispiel 1 beschriebenen Gasflammentest bei 1075 C mit folgenden Ergebnissen ausgesetzt;

Masse von imprägniertem Zeit der Plamme bis zum Vermiculit (g/m ) Eindringen in die Matte

2 Sekunden 34 Sekunden

Mehr als 3

(a)	0
(b)	5
(c)	19

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Beispiel 9:

Glasfasergase (IE50U) mit einer Masse von 63,5 g/m wurde mit einer Suspension mit 10 Masse-% Vermiculitlamellen appretiert und die behandelte Gaze über Nacht bei Raumtemperatur luftgetrocknet und anschließend 30 Minuten lang in einem Ofen auf 80 ⁰C gehalten. Der Vermiculitanteil betrug 58,7 g/m².

Eine Probe der behandelten Gaze wurde über ein Bunsenbrennerstativ gelegt und direkt in die Bunsenbrennerflamme gehalten, Nach mehreren Minuten war die Gaze nicht von der Flamme durchdrungen, und die Faserstruktur der Gaze war nicht zerstört. Im Gegensatz dazu schmolzen die Glasfasern schnell, wenn eine Probe der unbehandelten Gaze dem Test in der Bunsenbrennerflamme unterzogen wurde, und die Flamme konnte innerhalb 3 ^sekunden die Gaze durchdringen.

Beispiel 10;

In diesem Beispiel wird die Nützlichkeit des in Beispiel 9 beschriebenen Verbundfasermaterials als Feuersperre für den Schutz von Aluminiumblechen erläutert.

Ein 7j5 cm großes Aluminiumblech von 22 S₀Y/.G. (etwa 1 mm) wurde bis auf das reine blanke Metall geschmirgelt und mit Natriumsilicatlösung bestrichen. Ein Stück trockene, mit Vermiculit appretierte Glasfasergaze nach der Beschreibung in Beispiel 9 wurde auf die eine Oberfläche des Bleches gelegt und festgedrückt, solange das Blech noch feucht war. Das resultierende Laminat ließ man über Nacht an der Luft trocknen, anschließend wurde es 30 Minuten lang in einem

Q 4 C 1 ^: -25- .26.4.1982

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*. 59 519/12·

Ofen auf 60 ⁰O gehalten, um eine vollständige Trocknung zu erzielen. Das getrocknete Laminat wurde gekühlt, und es ergab sich, daß die Gaze fest mit dem Aluminiumblech verbunden war·

Das Laminat wurde direkt in eine Bunsenbrennerflamme gehalten, und zwar mit der mit Vermiculit appretierten Glasfasergaze nach unten (zur Flamme zu), Nach 4 Stunden _War £_as Laminat noch unbeschädigt; das Aluminium war nicht geschmolzen, und die Faserstruktur der Glasfasergaze war noch erhalten.

Im Gegensatz dazu war, wenn ein unbehandeltes Aluminiumblech mit den gleichen Abmessungen demselben Test unterzogen wurde, das Aluminium bald geschmolzen, und die Flamme drang in weniger als 1 Minute in daa Blech ein.

Beispiel 11:

Eine Aluminiumstange von 28 cm χ 1,25 cm χ 0,6 cm wurde bis zum reinen blanken Metall geschmirgelt und mit einer wäßrigen Hatriumsilicatlösung überzogen. Im noch feuchten Zustand wurde die Stange in ein Stück der in Beispiel 9 beschriebenen trockenen, mit Vermiculit appretierten Glasfasergaze gewickelt, und das Ganze wurde über Nacht luftgetrocknet und anschließend in einem Ofen 30 Minuten lang auf 60 ⁰C gehalten. Die Probe ?ifurde anschließend einem Flammen-Biegetest' unterzogen, bei dem die Stange an einem Ende im wesentlichen horizontal gehalten, ein'Gewicht von 1 kg an das andere Ende gehängt und eine Bunsenbrennerflamme etwa in der Mitte an die Stange gehalten wurde.

23 18 15 1 -²⁶- 26.4.1982

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lach einer Einwirkungsdauer der Bunsenbrennerflamme von 10 Minuten war die mit der vermiculit-appretierten Glasfasergaze beschichtete Aluminiumstange nicht nennenswert verbogen.

Im Gegensatz dazu war festzustellen, daß eine gleiche, nicht mit der vermiculit-appretierten Glasfasergaze beschichtete Aluminiumstange nach einer Einwirkungsdauer der Flamme von 5 Minuten gebogen war, wie es auch bei einer ähnlichen mit Natriumsilicatlösung beschichteten und mit einer Probe der nicht appretierten Gaze überzogenen Aluminiumstange der Pall war.

Beispiel 12:

Eine Vermiculitaufschlämmung mit 18 Hasse-% Feststoffen

wurde gleichmäßig auf Aluminiumfolie aufgestrichen (45,7 gAn ), und solange diese Schicht noch feucht war, wurde eine Glasfaser-Gewebematte mit 50 g/m² (-Typ F4/5O/AG, geliefert von Regina-Fibreglass Ltd.) hineingepreßt. Nach einer Trockenzeit von 24 Stunden bei Umgebungstemperatur wurde

die Masse des aufgebrachten Vermiculits mit 22,9 g/m bestimmt. Die Vermiculitschicht bildete eine gute Bindung zwischen dem Glasfasergewebe und der Aluminiumfolie.

Die wie oben laminierten und unbeschichteten Aluminiumfolien wurden über einem Calor-Gasbrenner, der mit einer runden Düse von 40 mm durchmesser ausgestattet war, einem Feuertest unterzogen. Die Proben wurden auf einem Dreifußstativ 30 mm über dem Gasdüsenauslaß gehalten. Die Temperatur der Flamme betrug an dieser Stelle 1075 ⁰C,

QIC 1 -27- 26.4.1932

^ '. - ' * . AP C 04 B/231 815/1

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Wenn eine 200 mm χ 150 mm große Probe der unbeschichteten Aluminiumfolie in die oben beschriebene Flamme gehalten wurde, durchdrang die Flamme die Folie innerhalb von 1 bis 2 Sekunden und führte dazu, daß sich die Folie nach hinten und völlig von der Flamme weg ablöste.

Wenn eine 200 mm χ 150 mm große Probe der laminierten Folie in die gleiche Flamme mit der Aluminiumfläche zur Flamme hin gehalten wurde, traten Kräuseln und Ablösen der Aluminiumfolie nur in dem. Bereich auf, der direkt von der Flamme berührt wurde; die vermiculit-gebundene Glasfaserunterlage blieb fest und bis zu 4 Minuten in sich intakt und zeigte keine Anzeichen für Beschädigungen, wenn sie erneut über längere Zeiträume in die Flamme gehalten wurde.

Beispiel 13:

Die Verfahrensweise von Beispiel 12 wurde unter Verwendung einer Glasseidenmatte mit offener Struktur, Unifilo PS 271 (geliefert von Balzaretti Modigliani Sps, Italien,mit einem Glasfaseranteil von 120 g/m ) wiederholt. Bei dieser Probe waren 41 g/m Vermiculit auf die Aluminiumfolie aufgebracht worden.

Wurde die Vermiculit-Glasfaserschicht in die Flamme von 1075 ⁰C gehalten, war sie nach 10 Minuten noch intakt und hielt das Laminat weiterhin aufrecht in der Flamme» Wie in Beispiel 16 war die Beschädigung der Aluminiumfolie örtlich begrenzt, die Beschädigung war auf einem Ring von 70 mm Durchmesser unmittelbar über die Flamme beschränkt.

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Beispiel 14:

Sine Vermiculitaufschlämmung (21 Masse-% Feststoffe) wurde mit einer Messerstreichvorrichtung auf 53 g/m naß-verarbeitete Glasfaser-Gewebematte IS50U, geliefert von Regina-3?ibreglass Ltd·, aufgestrichen_e Uach dem Trocknen betrug der Vermiculitanteil 80 g/m .

Ein starres Polyisocyanurat-Schaumstofflaminat (30 mm dick) wurde auf einem Viking-Horizontal-Laminator mit "4 m/Minute hergestellt, indem die aus einem hin- und hergehenden Sprühmischkopf abgegebenen flüssigen Schaumchemikalien quer auf die obige Vermiculit-Glasfaserfolie, die kontinuierlich von einer Rolle zugeführt wurde, aufgetragen wur-

den. Kraft-Papier P2 (16O g/m Papier, beschichtet mit

18 g/m LD-Polyäthylen) wurde als Kontaktverkleidung verwendet. Die schaumbildenden Ingredienzien, Teil A und Teil B, die wie unten beschrieben formuliert wurden, wurden mit dem Mischkopf getrennt zugeleitet, um einen Ausstoß von 5*3 kg/Minute zu erreichen.

Teil A Maaseteile

Ein Aktivierungsmittel, dessen

Zusammensetzung unten beschrieben wird 36,2

Ein Katalysator, bestehend aus Äthylenglycol (20MT), Kaliumacetat

(ZOMT) und Wasser (1,5MT) 1,0

Arcton " 20

18 15 1 ~²⁹~ 26.4.1982

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Teil B Ifasseteile.

Polymer-MBI (Isocyanat-

stärke etwa 90 %) 100

Das Aktivierungsmittel bestand aus folgenden Ingredienzien:

Polyester von Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Propylenglycol, Glycerin (0H7 = 250) 11,4

Ein 50 : 50-Gemisch von oxypropyliertem Toluylendiamin (OHY = 480) und 9*0

oxypropyliertem'Triathanolamin (OHV = 525) Ein Äthylenoxid/Propylenoxid-Addukt 2,0

Cirrasol EI-MP (Ithylenoxid-Oleylcetylalkohol-Addukt)' 2,0

Irichlorpropylphosplaat 10,0

Silicon L534O 0,8

Nach 24stündigem Aushärten wurde das Laminat mit Hilfe des "ISO-Cone'^!-Tests mit unterschiedlicher Dauer untersucht und mit einem gleichzeitig mit Kraft-Papier auf beiden Seiten hergestellten Laminat verglichen» Die Ergebnisse (in Tabelle 1 wiedergegeben) aeigen die ausgezeichnete Schutzwifkung, die der Schaumstoff durch die Vermiculit-Glasfaserverkleidung erhalten hat* Durch diese Vermiculitverkleidung wurde die Entzündung des Schaumstoffes verhindert, und sie blieb als rißfreie Sperrschicht während der Test erhaltene

Tabelle 1; Ergebnisse des ISO-Cone-Tests bei einer Temperatur von 620 G

Laminat-	Einwir	Massever	Tiefe	Riß	Riß	Aussehen der Probe nach dem
verbindung	kungszeit	lust des	der Ver	tiefe	breite	Test
	des Ke	Laminat s	kohlung	(mm)	(mm)
	gels (min)	(%)	in Pro
			benmitte
			(mm)

Vermiculit + Glasfaser

1 3 4 6 10

xx

Kraft-Papier^ ( 1

( 3

(

( 6 (10

10,9 17,6. 20,1 24,0 26,6

23,2 36,9

38,0 42,1 4 7,6

0 0 0

1-2 0,5-3

1 1

3 10

1-2 0,5-2

Alle Verkleidungen waren während und nach dieses Tests unversehrt und rißfrei. Schaumstoffe waren maßhaltig.

^xEs waren)Sprünge auf der Schaumstoffoberfläche unter der Verkleidung vorhanden.

) Geringfügige peripherale ) Sprünge

) Brühige Verkohlung .) Verkohlung stark verzerrt

2-10 ) und an der Kante geschrumpft

^xDiese Probe wies starke Verbrennungen an der Rückseite auf.

Bei dieser Probe war kein unverkohlter Schaumstoff mehr vorhanden.

"Alle diese Proben entzündeten sich nach 5 Sekunden, worauf sofort Reißen der Papierverkleidung folgte.

Dieses Laminat verdeutlicht nicht die Erfindung, sondern ist lediglich zu Vergleichsawecken mit angeführt worden.

vjn ti»

(V) VjJ

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Beispiel 15s

Im ach der in Beispiel 14 beschriebenen Technik wurde ein Polyisocyanat-Schaumstofflaminat hergestellt· Während eines Teiles des Laminationsprozesses wurde Unifilo PS 198 (eine Glasfaserseidenmatte, die zuvor sum Aufbrechen von Bindungen zwischen den Strängen gereckt worden war, geliefert von Vetrotez (GB) Ltd., und hergestellt von Balzaretti Modigliani Spa_s Italien) unter dem Schaumstoffmischkopf zugeführt, so daß dieses Laminat im gesamten Schäumstoffkern mit Glasfasern verstärkt wurde.

Zwei Proben dieses Laminats wurden dem "Mini-Corner Fire Testⁿ unterzogen, der für die Beurteilung der Oberflächenbrenncharakteristika von Baustoffen angewandt wird. Es wird in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:

(a) The Society of the Plastics Industry, Inc Seriennummer 22000.5* 3. Feb. 1976» Betriebsinterne Forschung

(b) ASTM D2Oc3O.O3

Vorläufige Test-Methode (Okt. 1978)

Die Testmethode ist aussagekräftig, weil eine Ecke eine kritische Oberflächengeometrie für die Beurteilung des Feuerverhaltens von Materialoberflächen aufweist. Sie umfaßt drei aneinanderstoßende Flächen (zwei Wände und die Decke), wodurch ein kombinierter Wärmefluß gegeben ist, der leitende, übertragende und strahlende Reaktionen jedes spezifischen brennenden Materials umfaßt. Dieser Eckentest stellt eine gute Simulierung eines Brandes innerhalb einer Ecke eines Gebäudes dar.

Ein Testaufbau für die Durchführung des Mini-Gorner-Fire-

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AP-C 04 B/231 815/1 59 519/12

Test ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt, die eine schematische perspektivische Ansicht des Testaufbaus bietet* Die angegebenen Abmessungen umfassen auch die eingesetzten Testproben» Er besteht aus einem Winkeleisenrahmen 11 j der an zwei Seitenwänden und der Decke mit 6,4 mm Asbestzementpappe 13 bedeckt ist. Ein Gasbrenner 13 besteht aus einer flachen Platte 17 mit einem Quadratgittermuster von in die Oberfläche gebohrten Löchern. Die Löcher haben einen Durchmesser von 2,4 mm, sind in einem 9 χ 9-Muster verteilt und haben einen Lochabstand von 7 mm. Eine (nicht gezeigte) Mischkammer für die Gaszufuhr hat eine zylindrische Form von 114 mm χ 63 mm Höhe. Getrennte Propangas- und Luftströme werden an gegenüberliegende Arme eines umgekehrten "T" geleitet, gelangen durch den Boden in die Kammer und treten oben aus. Wenn der gemischte Strom entzündet ist, werden die Gasströme so eingestellt, daß die in Fig. der beigefügten Zeichnungen angeführte Standard-Temperatur/ Zeit-Kurve simuliert wird. Die zu tastende laminierte Schäumstofftafel war innerhalb der Trennwände 19 an den Wänden und der Decke befestigt, wobei die Fugen mit Keramikzement abgedichtet wurden.

Die beiden getasteten Proben überstanden die volle Testdauer von 15 Minuten, wobei die Flammen während der überwiegenden Testdauer auf 3 Fuß von der Ecke aus begrenzt'wurden« lach dem Abschalten des Brenners wurden die Glasfaser/ Vermiculit-Verkleidungen untersucht, und es wurde festgestellt, daß sie strukturell unversehrt und frei von.Rissen waren. Der Schaumstoff war an der Decke und teilweise an den Wänden verkohlt. Es waren verschiedene Risse in der nichtverstärkten Schäumstoffverkohlung festzustellen, die sich 6 bis 24 Zoll von der Ecke aus erstrecken. Nur ein gering-

8 4 C 1 -33- 26.4.1982 I ^ * AP C 04 B/231 815/1

5? 519/12

fügiger Riß war in der Verkohlung des glasfaserverstärkten Laminats zu sehen,

Beispiel 16;

Einzelne Glasfasergazeproben (IE5QU) mit einer Masse von ^3j5 g/m wurden durch Eintauchen in wäßrige Suspensionen mit 10 Masse-% Eaolinton, Montmorillonit, Talk bzw. delaminiertem Vermiculit beschichtet· Die Gazeproben wurden in die Suspension eingetaucht ₉ überschüssige Flüssigkeit aus ihnen durch Ausdrücken mit einer Rolle entfernt, und die Proben wurden über Hacht bei Raumtemperatur luftgetrocknet und anschließend 30 Minuten lang in einem Ofen bei 80 ⁰C gehalten.

Die getrockneten Proben von beschichteter Gaze wurden einzeln auf ein Bunsenbrennerstativ gelegt und direkt in eine Bunsenbrennerflamme gehalten. .Es wurden die Zeiten notiert, an denen i) die Probe verformt war, d. h. sich biegt oder verzieht

und von der Flamme weg .schrumpft, und ii) die Probe von der Flamme durchdrungen wurde.

Für Vergleichszwecke wurde eine unbehandelte Probe der Gaze dem gleichen Flammentest unterzogen.

Beschichtung Zeit bis zur Verformung Eindringung

Kaolin 5 10

Montmorillonit 3 20

Talk - 3

Vermiculit mehr als 600 mehr als 600 keine weniger als 1 1

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Beispiel 17;

In diesem Beispiel wird die Herstellung von Blöcken erläutert. 3ine Suspension (2287,5 g, 15 Masse-% Peststoffgehalt der Suspension) von delaminiertem Vermiculit, der nach dem allgemeinen Verfahren hergestellt und einer Naßklassierung zur Entfernung von Teilchen mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe unterzogen worden war, wurde mit entionisiertem Wpsser (881,3 g)· und einem bekannten oberflächenaktiven Mittel (0,92 g) vermischt, und das Gemisch wurde 20 Minuten lang bei einer Drehzahleinstellung von 4 in einem Hobart-Lebensmittelmischer mit Schaumzusatzgerät geschäumt, um einen Naß-Schaum oder einen steifen Schaum zu bilden. Das Schaumzusatzgerät wurde anschließend durch ein 'ieigbereitungsgerät ersetzt,.und Glasfasern (412 g, Durchmesser 9 Mikrometer: 6 mm Stapellänge) wurden im Laufe von 12 Minuten in den Naß-Schaum eingemischt, worauf eine Aufschlämmung von Magnesiumoxidpulver (31 g) in Wasser (310 g) zugesetzt wurde und 1 Minute lang in das Naß-Schaum/Paser-Gemisch eingemischt wurde..

Das teigartige Gemisch wurde sofort in eine Porm mit den Abmessungen von etwa 32,5 cm χ 32,5 cm χ 6 cm gegossen und zum Festwerden 30 Minuten lang stehen gelassen, worauf der entstandene Block entformt und auf einer Plastefolie (MeIinex) über Nacht in einem Ofen bei 100 ⁰G bis 130 ⁰G getrocknet wurde.

Der Block war ein leichtes Material mit einer scheinbaren Schüttdichte von 107 kg/m^ und bestand aus wahllos orientierten Glasfasern, die mit Vermiculitlamellen beschichtet und ah ihren Berührungsstellen durch Vermiculitlamellen aneinander gebunden waren«. Der Block war in J¹IUs sigwass er be-

2*3 1 Q 1 E% T "35" 26.4.1982

J I OJ 3 1 ^₀ 04 B/231 815/1

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ständig. Der K-Faktor (bei 25 ⁰C) des trockenen Blockes betrug 0,0463,

Beispiel 18:

Eine Aufschlämmung (994,7 g) von Vermiculitlamellen (189 g)> die nach dem allgemeinen Verfahren hergestellt worden waren, wurde mit entionisiertem ?/asser (459*3 g) oberflächenaktivem Mittel Forafac (0_f3 g) 20 Minuten lang in einem Hobart-Lebensmittelmixer mit Schaumzusatzgerät bei einer Drehzahleinstellung von 4 zur Herstellung eines Haß-Schaumes vermischt. Die Schaumzusatζeinrichtung wurde durch ein Teigbereitungsgerät ersetzt, und Glasfasern (81 g, Durchmesser 9 Mikrometer: 6 mm Stapellänge) wurden in den nassen Schaum im Laufe von 12 Minuten eingemischte Eine Aufschlämmung von Magnesiumpulver (18,9 g) in Wasser (189 g) wurde anschließend in das Haß-Schaum/Faser-Gemisch 30 Sekunden lang eingemischt, und das Gemisch wurde sofort in eine Form mit den Abmessungen von annähernd 20 cm χ 20 cm χ 5 cm gegossen.

Der resultierende Block wurde nach 30 Minuten entfernt und über Macht in einem Ofen bei 100 ⁰G getrocknet.

Der leichte trockene Block hatte eine Dichte von 90,8kg/irr und einen K-Faktor (bei 25 ⁰C) von 0,043, ^nd ervwar in Flüssigwasser beständig.

Beispiel 19:

Die-in Beispiel 17 beschriebene Verfahrensweise wurde genau wiederholt, nur wurde dabei eine Suspension von Vermiculitlamellen verwendets die nicht zur Entfernung von Teilchen

I -36- 26.4.1982

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mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe naß-klaasiert worden war· Der resultierende trockene Block hatte eine Dichte von 115 kg/m , und .sein K-Faktor betrug (bei 25 ⁰G) 0,049.

Beispiel 20:

Die Verfahrensweise von Beispiel 18 wurde wiederholt, nur war die verwendete Vermiculitsuspension nicht zur Entfernung von Teilchen mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe naß-klassiert worden. Der Block hatte eine Dichte von 95 kg/in, und sein K-^aktor (bei 25 ⁰G) betrug 0,046.

Beispiel 21:_

Bin Glasfaserstrang (2 g) mit einem Nenndurchmesser von 9 Mikrometer und einer Stapellänge von 6 mm wurde 3 Minuten lang in Wasser in einem Mischgerät gemischt, um die Fasern des Stranges zu dispergieren und eine Fasersuspension von 0,4 Masse-% zu erzeugen.

Eine nach dem allgemeinen Verfahren hergestellte und wie beschrieben naß-klassierte Suspension mit 7,1 Masse-% Vermiculit lamellen (140 g Suspension) wurde durch ein 50-Mikrometer-Sieb filtriert und anschließend 30 Sekunden lang in die Suspension von Glasfasern eingemischt, Die Suspension von Fasern und Vermiculit wurde 1 MinuteAang in einer Labor-Papierherstellungsmaschine gemischt und dann auf einem Drahtsieb unter Schwerkraft zu einer Tafel geformt. Die auf dem Draht befindliche Tafel wurde aus der Maschine entfernt und leicht gewalzt, um überschüssiges Wasser zu entfernen und die Tafel zu verfestigen« Die Tafel

7 318 1b I ~³⁷" 25.4.1982

**,- AP G 04 B/231 815/1

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wurde vorsichtig von dem Draht abgenommen und bei 120 G 10 Minuten lang in einem Ofen getrocknet·

Die trockene Tafel zeigte gute Festigkeit₉ ausgezeichnete Flexibilität und gute Flammensperrmerkmale*

Beispiel 22:

Unter Anwendung der Verfahrensweise von Beispiel 17, wobei allerdings der Hobart-Mixer auf eine Drehzahl von 2 anstelle von 4 eingestellt wurde, wurden Blöcke mit den Abmessungen 32,5 cm χ 32,5 cm χ 6 cm aus klassierter 18%iger Vermiculitaufschlämmung (3050 g), entionisiertem Wasser (1175 g), Glasfasern mit einer Stapellänge von 6 mm und einem Durchmesser von 9 Mikrometer (550 g) Magnesiumoxidaufschlämmung (41,3 g in 413 g Wasser) und oberflächenaktivem Mittel Forafac (1,22 g) hergestellt· Der trockene Block hatte eine Dichte von 97j1 kg/m . Der trockene Block wurde in einen Ofen gelegt und 3 Stunden lang bei 900 ⁰C gehalten» An dem Block vor und nach der Wärmebehandlung vorgenommene Messungen ergaben, daß die Schrumpfung des Blockes während des Erhitzens nur 1,13 % betrug«, Die faserige Struktur des Blockes blieb im wesentlichen unversehrt* Bei einem Vergleich wurde festgestellt, daß ein ähnlicher aus "Rockv/ool^u-Mineralwollefasern (ohne Vermiculit) hergestellter Block bei der Wärmebehandlung um 3,1 % schrumpfte. Ein Glasfaserblock ohne den Vermiculit-Schichtklebestoff schmolz bei 600 ⁰G vollständig»

Beispiel 2g:

Sin Glasfaser/Vermiculit-Block mit einer Dichte von

193 kg/nr und nach der in Beispiel.17 beschriebenen Verfahrens-

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weise hergestellt; wurde 67 Stunden lang in einem Ofen auf 700 ⁰G gehalten, und während dieser Zeit zeigte er eine

Schrumpfung von nur 0,34 %· -^in ähnlicher 24 Stunden lang auf 800 ⁰C gehaltener Block schrumpfte um 1,2 %.

Beispiel 24:

Unter Anwendung der Verfahrensweise von Beispiel 17 wurde ein Block mit den Abmessungen 15 cm χ 15 cm χ 2,5 cm aus einer 15%igen Vermiculitsuspension (101,25 g), Kaowool-Mineralfasern (Bulk B - 101,25 g), oberflächenaktivem,Mittel Porafac (0,225 g), entionisiertem Wasser (246 g) und einer Aufschlämmung von Magnesiumoxidpulver (10,1 g) in Wasser (101 g) hergestellt. Nach dem Trocknen über Nacht bei 80 ⁰C hatte der trockene Block eine Dichte von 211 kg/m .

Der Block wurde in einem Ofen erhitzt. Die Schrumpfung des 1 Stunde lang auf 800 ⁰G gehaltenen Blockes betrug 0,5 %. Die Schrumpfung des gleichen Blockes, der eine weitere Stunde auf 1000 ⁰G gehalten worden war, betrug 0,94 %·

Claims

Erfindungsanspruch

1 bis 7 aufweisen«

2„ Verbundfaserstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es zumindest 20 Gew,-% Fasern enthält«

3. Verbundfaserstoff nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß es zumindest 20 Gew.-% an Lamellen eines Schichtminerals enthält»

4. Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1, 2 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Fasern Glasfasern sind,

5« Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß das S_Gni_chtmineral Vermiculit ist,

6. Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß das Schichtmineral mit bis zu 100 Gew.-%, bezogen auf die Paser, aufgebracht wird.

7. Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Lamellen des Schichtminerals im wesentlichen alle eine Maximaldimension von unter.

50 Mikrometer aufweisen«

8. Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis. 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Fasermaterial Einzelfasern enthält«,

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9. Alkali-resistente Glasfasern, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einem Material nach Punkt 8 bestehen, worin die Pasern Glasfasern sind.

10. Yerbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, .daß die Pasern in Form einer Schicht von faserigem Material vorhanden sind,

11. Verbundfaserstoff nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß es in Form eines Blocks von zufällig orientierten Fasern vorliegt, die an ihren Berührungspunkten durch die Lamellen des Schichtminerals miteinander verbanden sind.

12. Verbundfaserstoff nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch., daß die Fasern mit den Lamellen des Sohichtminerals überzogen sind.

13· Faserverstärktes polymeres Material, gekennzeichnet dadurch, daß die Faserverstärkung ein faseriges, mehrschichtiges Material nach einem der Punkte 1 bis 12 ist.

14. Material nach einem der Punkte 1 bis 13? gekennzeichnet dadurch, daß es zusätzlich einen Wasserstabilitätsverbesserer umfaßt.

15. Material nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Schichtmineral Vermiculit ist und der Wasserstabilitätsverbesserer Magnesiumoxid ist.

16. Mehrschichtiger Verbundfaserstoff, gekennzeichnet dadurch, daß die Schichten ein faseriges, zusammengesetztes Material in Blättchenform nach einem der Punkte

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17. Material nach einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß das Schichtmineral in Form eines trockenen, harten Schaumes vorliegt.

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18* Verfahren zur Herstellung eines Verbundfaserstoffes, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Suspension von Lamellen eines Schichtminerals auf nicht-brennbare Fasern aufbringt und das flüssige Medium von der Suspension abtrennt.

19. Verfahren nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension eine wäßrige Suspension ist·

20. Verfahren nach Punkt 18 ader '\9₉ gekennzeichnet dadurch, daß man die Suspension auf die Fasern während der Herstellung der Fasern aufbringt,

21. Verfahren nach Punkt 18, 19 oder 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension bei einem Sortierverfahren auf die Fasern aufgebracht wird.

22. Verfahren nach Punkt 18, 19 oder 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension bei einem Papierherstellungsverfahren auf die Fasern aufgebracht wird»

23. Verfahren nach einem der Punkte 18 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension des Schiohtminorals Teilchen des Schichtminerals enthält, die im wesentlichen alle eine Größe von weniger als 50 Mikrometer aufweisen,,

24. Verwendung eines Verbundfaserstoffes nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß man es zum Feuerschutz von Substraten einsetzt.

-. Hierzu 2 Bl. Zeichnungen -