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Biegsames Vlies aus vereinigten Polyesterfasern Die Erfindung betrifft
ein biegsames Vlies aus vereinigten Polyesterfasern mit einem Riesgewicht von 6,8
bis 27 kg, bestehend aus Polyester-Stapelfasern von praktisch kristalliner Struktur
von mindestens etwa 2,5 cm Länge, das durch Verschweißen von Einzelfasern an ihren
Kreuzungspunkten in der Wärme hergestellt und insbesondere für elektrische Isolationszwecke
geeignet ist.
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Es ist bekannt, daß Polyesterfasern ein ausgezeichnetes elektrisches
Isolationsmaterial darstellen. Sie sind korrosionsfest, nehmen kaum Feuchtigkeit
auf, sind in Ölen und üblichen organischen Lösungsmitteln unlöslich und weisen eine
gute Wärmebeständigkeit auf. Diese Eigenschaften verschlechtern sich auch bei längerem
Gebrauch nicht.
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Es war nun wünschenswert, ein hochwertiges Isolationsmaterial dadurch
herzustellen, daß man Polyesterfasern zu einem Schichtengebilde vereinigt, z. B.
zu einem Vlies. Dieses Gebilde könnte dann noch mit einem elektrisch isolierenden
Lack getränkt werden. Außerdem besäße es den Vorzug der Flexibilität.
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Es ist bereits bekannt, Vliese aus synthetischen Fasern an den Berührungspunkten
miteinander zu verschweißen. In den meisten Fällen wurde jedoch bisher, um die Fasern
zum Verschweißen geeignet zu machen, ein Weichmacher verwendet. Dies hat bei der
Verwendung als elektrisches Isolationsmaterial Nachteile, da der Weichmacher bei
höheren Temperaturen verdampfen und dadurch sowohl die Isoliereigenschaften beeinträchtigen
als auch die metallischen Bestandteile korrodieren kann. Ein einfaches Verschweißen
von nichtweichgemachten Fasern ist aber nicht zweckmäßig, da die Fasern wegen des
geringen Schmelzpunktintervalls in unerwünschter Weise zusammensintern.
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Nun sind Polyesterfasern als synthetische Textilfasern bekannt und
im Handel erhältlich. Sie werden aus einem zweiwertigen Alkohol, z. B. Äthylenglykol,
und einer aromatischen Dicarbonsäure, z. B. Terephthalsäure, geschmolzen und durch
Spinndüsen gepreßt. Die ausgepreßten Fäden werden bei der Herstellung des normalen
technischen Produktes gereckt, so dal3 die gezogenen Fäden wegen der Orientierung
der Pölymerisatmoleküle in Richtung der Faserachse (kristalliner Zustand) eine höhere
Erweichungstemperatur, höhere Zugfestigkeit und Elastizität und geringere Streckbarkeit
besitzen. Die endlosen Fäden werden zu Stapelfasern zerschnitten.
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Die »nichtgereckte« Polyesterfasersorte ist ein Zwischenprodukt, das
amorph ist und eine nicht- ; orientierte Molekularstruktur besitzt. Soweit gegenwärtig
bekannt, wurde es vor dieser Erfindung nicht als Endprodukt für technische Verwendungszwecke
hergestellt, obwohl erhebliche Mengen als Abfall bei der Herstellung der »gereckten«
Sorte anfallen. Dieser Abfall wurde gewöhnlich verworfen oder als solcher verkauft.
Endlose Fäden desselben können zu Stapelfasern zerschnitten werden.
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Fasern der »gereckten« Sorte können nicht als alleiniger Faserbestandteil
benutzt werden. Der Schmelzpunkt der aus Athylenglykol und Terephthalsäure hergestellten
Polyesterfaser liegt bei etwa 240° C, wobei der Temperaturbereich, in dem die Faser
erweicht und schmilzt, sehr klein ist. Dadurch ist es nicht möglich, die Fasern
in zufriedenstellender Weise durch Erhitzen und Pressen selbsttätig miteinander
zu verbinden, -da die Fasern entweder nicht so weit erweicht werden, daß sie miteinander
verschmelzen können, oder so weich sind, daß sie ineinanderlaufen.
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Polyesterfasern der »nichtgereckten« Art können ebenfalls nicht als
alleiniger Faserbestandteil benutzt werden. Diese Fasern besitzen einen Erweichungsbereich
zwischen etwa 150 und 230° C, was bei Anwendung von Wärme und Druck zu umfangreichem
Ineinanderlaufen führt.
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Es wurde jedoch gefunden, daß eine gekrempelte Mischung der beiden
Fasersorten durch Erwärmen
und leichtes Pressen zu einem- Ganzen
vereinigt werden kann, so daß die nichtgereckte Fasersorte an ihren Kreuzungspunkten,
ohne daß die Fasern ineinanderlaufen, sich von selbst verbindet.
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Das erfindungsgemäße Vlies besteht aus einem Gemisch von nichtweichgemachten
gereckten und nichtgereckten Polyester-Stapelfasern, wobei die nichtgereckten Fasern
aus dem gleichen Polyester wie die gereckten Fasern bestehen und vor der Vereinigung
einen Erweichungstemperaturbereich besitzen, der unterhalb des Temperaturbereiches
liegt, innerhalb dessen die gereckten Fasern erweichen und schmelzen, und die nichtgereckten=Fasern
in einem Mengenanteil von ungefähr 40 bis 60 Gewichtsprozent vorliegen und ohne
Mitwirkung eines zusätzlichen Klebemittels an ihren Kreuzungspunkten autogen zu
einem Netzwerk verbunden sind, in das die gereckten Fasern, ohne miteinander verbunden
zu sein, eingeflochten sind.
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Die bindenden Fasern bestehen also aus einem Material, das unbehandelt
in armorphem Zustand vorliegt. Als Folge der weiter unten beschriebenen Hitze- und
Druckeinwirkung werden diese Fasern kreuzweise miteinander verschweißt. Die gereckten
Fasern bleiben von der Hitzeeinwirkung völlig unberührt; man. könnte vermuten, daß
sich auch die, eigentliche Struktur der nichtgereckten Fasern nicht wesentlich verändert.
Das ist jedoch nicht der Fall. Nach dem Zustandekommen der Bindungen tritt eine
Kristallisation in der ursprünglich amorphen Faser ein. Dieser nunmehr kristallinen
Struktur kommt eine große Bedeutung hinsichtlich der Fähigkeit zu, die gestreckten,
nichtbindenden Fasern festzuhalten. Die außergewöhnliche Festigkeit der entstehenden
Bindung ist bemerkenswert, insbesondere, wenn man berücksichtigt, daß die bindenden
Fasern infolge ihres kristallinen Charakters eine relativ geringe Bruchfestigkeit
aufweisen. Selbst wenn man das Vlies wiederholt knittert, so daß die zerbrechlichen
bindenden Fasern zwischen den Bindestellen zerbrechen, bleiben die Bindungen selbst
intakt, und das Vlies büßt - abgesehen von einer etwas größeren Biegsamkeit und
Formbarkeit - nichts von seiner ursprünglichen Festigkeit ein.
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Obwohl vor der Verarbeitung ein erheblicher Unterschied bezüglich
der Erweichungstemperaturen zwischen den bindenden, nichtgestreckten, anfänglich
amorphen Fasern und den kristallinen, orientierten, gestreckten Fasern vorhanden
ist, weisen im fertigen Vlies beide Faserarten praktisch den gleichen Bereich der
Erweichungstemperatur auf. Daraus ergibt sich, daß das fertige Vlies überraschenderweise
viel höhere Temperaturen standzuhalten vermag als die bindenden Fasern in ihrem
amorphen Ausgangszustand. Die Kristallisation führt auch zu einer Verminderung der
Absorption von Feuchtigkeit.
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Das erfindungsgemäße Vlies besitzt infolge der Tatsache, daß die gereckten
Fasern ohne Verbindung untereinander in das Netzwerk eingeflochten sind, trotz der
hohen Festigkeit eine poröse, offene Struktur. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine
größere Biegsamkeit, sondern- es kann auch ein hoher Prozentsatz der Oberfläche
der einzelnen Fasern mit einem Imprägnierungsmittel - in Berührung kommen. Das Vlies
ist gut zur Imprägnierung mit elektrisch isolierenden Lacken geeignet und besitzt
ein hohes »Aufnahmeverhältnis« (Verhältnis des Gewichts des Imprägniermittels zutn
Gewicht der Fasern). Auf Grund diesr Struktur- ist praktisch die gesamte Oberfläche
jeder Faser frei zugänglich und die Möglichkeit, daß Luft eingeschlossen wird, ausgeschaltet.
Im Gegensatz dazu wird die Struktur gewebter Stoffe aus Garnen gebildet, die aus
gedrillten, miteinander versponnenen Fasern bestehen, wobei die Fasern jedes Garnes
einander entlang ihrer Längsachsen berühren und Luft zwischen den Fasern eingeschlossen
werden kann. Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Polyester-Vheses besteht
deshalb darin, daß es mit einem -elektrisch isolierenden Material imprägniert ist.
Der Begriff »Lack« wird in seinem weitesten Sinne angewandt und ist nicht auf ölharzlacke
beschränkt. Das Lackimprägniermittel kann eine weiche und streckbare Polymerisatmasse,
z. B. eine in der Wärme erhärtende Polyester- oder Epoxyharzmasse sein, die nach
dem Aufbringen, z. B. nachdem das imprägnierte Band auf eine Spule aufgewickelt
wurde, durch Erhitzen des imprägnierten Vlieses vollständig »gehärtet« werden kann.
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Das erfindungsgemäße Vlies kann zu Streifen oder Bändern mit genau
eingehaltener Breite und mit nicht ausfasernden Kanten zerschnitten werden. Derartige
Bänder sind mindestens 201% streckbar. Infolge der großen Biegsamkeit des Vlieses
eignen sie sich zum Umwickeln von Spulen und anderen Gegenständen, wobei sie sich
gut anpassen. Infolge der besonderen Struktur bleibt die relative Bewegung der Fasern
in bezug auf die Fläche gering, was für eine günstige Anpassung sorgt. Im Gegensatz
dazu ist ein gewebtes Band (etwa 6,5,% bei gewebten Baumwollbändern).
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Das erfindungsgemäße Vlies kann ferner auf einen Polyesterfilm geschichtet
werden und so eine biegsame Filmfaserfolie ergeben, die ausgezeichnete Eigenschaften
für elektrische Isolationen, z. B. zur Schlitzisolierung, sowohl mit oder ohne Imprägniermittel
besitzt.
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Eine Ausführungsform des Polyestervlieses ist deshalb dadurch gekennzeichnet,
daß das Vlies autogen auf einen vorgeformten Polyesterfilm aufgeschweißt ist.
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Das typische einlagige Vlies besitzt ein Riesgewicht von 6,8 kg (Gewicht
von 268 m2). Ein zu einem Ganzen vereintes Vlies aus zwei Lagen mit einem Riesgewicht
von 13,5 kg kann leicht hergestellt werden, indem eine vorher hergestellte, zu einem
Ganzen vereinte einlagige Schicht mit einer zweiten gekrempelten Schicht bei gleichzeitigem
Erwärmen und Weichpressen überschichtet ' wird, wodurch die zweite Schicht in sich
verbunden und mit der ersten Schicht zu einem Ganzen vereinigt wird, da sich die
offenliegenden Fasern an ihren Berührungspunkten verbinden. Diese Zweilagenschicht
kann dann durch Wiederholung des Verfahrens in eine Dreilagenschicht usw: übergeführt
werden. Die Produkte, die von besonderem Interesse sind, bestehen aus einer bis
vier Lagen-und besitzen Riesgewichte von etwa 6,8 bis -27 kg. Für elektrische Isolierbänder
werden gegenwärtig Zwei- und Dreilagengebilde mit Kiesgewichten von 13,5 bzw. 20,25
kg bevorzugt.
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Das erhaltene Vlies kann mit einer verdünnten Lösung oder einer Emulsion
eines überzugsstoffes in einem flüchtigen Lösungsmittel behandelt werden, der beim
Trocknen eine oberflächliche Imprägnierung durch einen wasserdichten, isolierenden
Lack ergibt, der einen dünnen Überzug auf den Fasern bildet, so daß ein modifiziertes
faseriges Vlies erhalten wird, das noch ausreichend porös, streckbar und anpassungsfähig
ist.
Ein Beispiel hierfür ist eine wäßrige Emulsion von Polyesterausgangskondensat, die
einen Polykondensationskatalysator enthält, beim Erwärmen trocknet und sich auf
dem imprägnierten Vlies absetzt, so daß auf den Fasern eine Verklebung aus Polyesterlack
erhalten wird. Durch diesen Überzug fasert das Vlies nicht, und die Zugfestigkeit
wird erhöht. Ein Vlies, das mit einem Polyesterharz imprägniert ist, kann durch
Erwärmen und Pressen selbsttätig mit einem Polyesterfilm verbunden werden.
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Durch vollständiges Imprägnieren des porösen Vlieses mit irgendeinem
elektrisch isolierenden Lack wird ein biegsames, gelacktes isolierendes Vlies erhalten,
das zweckmäßige Eigenschaften besitzt, die sowohl auf die Eigenschaften des faserigen
Vlieses als auch auf die relativ große Menge Lack in bezug auf das Volumen oder
das Gewicht der Fasern zurückzuführen sind. Wenn ein Vliesband zum Umwickeln von
elektrischen Spulen benutzt wird, wird z. B. in gleicher Weise durch anschließendes
Imprägnieren mit isolierendem Lack wegen der Kombination der günstigen Eigenschaften
ein gut isolierender Überzug erhalten.