DE19534194A1 - Verbundwerkstoff in Flachform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flächigen Verbundwerk­ stoff unter Verwendung ein es textiltechnisch hergestellten Trägers als Substrat.

Silikat-Mineralien werden in der Technik in vielen Berei­ chen eingesetzt. So werden sie bei Filtrationsprozessen verwendet oder in der Elektro-Industrie als Isolations­ material und ebenfalls zur Wärmeisolierung. Ferner werden sie als Trocknungsmittel, zur Trennung von Gasen durch Ad­ sorption, als Katalysator in Reaktionen mit Kohlenwasser­ stoffen (Erdölraffination) und als Ionenaustauscher (Was­ ser-Enthärtung) verwendet. Diese Vielfalt an Einsatzge­ bieten läßt sich damit erklären, daß die Eigenschaften der diversen Silikat-Mineralien durch unterschiedliche Kri­ stallstrukturen sehr verschieden sind. So zeichnet sich Zeolith durch eine Porigkeit innerhalb der Kristalle aus.

Zeolithe sind anorganische Silikate, bei denen gewöhnlich ein Drittel der Silicium-Atome durch Aluminium ersetzt ist und zeigen in ihrer Kristallstruktur offene Kanäle, worin Moleküle passender Größe festgehalten werden können, wo­ durch ein enormes Adsorptionsvermögen und auch Desorptions­ vermögen gegeben ist. Es gibt sowohl natürliche als auch synthetisch hergestellte Zeolithe. Andere Silikat-Minera­ lien, wie z. B. Glimmer, können zur elektrischen und wärme­ technischen Isolierung herangezogen werden.

Einige der Silikat-Mineralien werden als Schüttung und zwar als sehr feines Pulver eingesetzt. Infolge der Staubent­ wicklung entstehen dabei bei der Verarbeitung große Pro­ bleme, ganz abgesehen von dem schon schwierigen Einsatz von Schüttung als Arbeitsmittel. Andere Silikat-Mineralien weisen eine schichtartige Struktur auf und bringen durch ihre Blättrigkeit und Brüchigkeit ebenfalls erhebliche Verarbeitungsschwierigkeiten mit sich. Die daraus gefer­ tigten Teile halten zwar einer Druckbelastung stand, lassen aber keine Beanspruchung auf Zug zu.

Zur Behebung der Verarbeitungsschwierigkeiten und der Schaffung weiterer Einsatzgebiete besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Silikat-Mineral so zu verarbeiten, daß es eine flächige Form erhält, eine Biegbarkeit besitzt und außerdem Druck- und Zugbelastungen aufnimmt.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß auf ein flächiges, flexibles und durchlässiges Substrat einseitig oder beidseitig ohne Kleber eine Silikat-Mineralschicht als Matrix mit hoher Haftfestigkeit aufgebracht ist. Es hat sich gezeigt, daß die umfangreichste Verwendungsmöglich­ keit dann erreicht werden kann, wenn als Silikat-Mineralien Zeolith oder Glimmer herangezogen werden.

Die Herstellung erfolgt auf die Weise, daß ein Silikat-Mi­ neral in Pulverform in einen Plasmastrahl oder einen Brenn­ gas-Sauerstoffstrahl eingegeben wird, der das Material an­ teigt und zum Substrat hin stark beschleunigt. Darauf wer­ den die Spritzpartikel plötzlich zur Erstarrung gebracht und eine Schicht auf dem flächigen Substrat aufbaut. An­ stelle eines Plasma- oder Brenngas-Sauerstoffstrahls kann das Silikat-Mineral in Pulverform auch in einen hochener­ getischen Strahl, z. B. einen Laserstrahl oder eine Flamme, z. B. eine Gasflamme, eingegeben werden. Auf diese Weise wird ein flächiger, biegbarer und gas- sowie gegebenenfalls flüssigkeitsdurchlässiger Silikat-Mineral-Verbundstoff erzeugt. Dieser Verbundstoff kann auch als Bahnenmaterial hergestellt werden. Wie sich gezeigt hat, bleibt die Kristallstruktur des aufgebrachten Silikat-Minerals dabei erhalten, da die einzelnen Partikel des Matrixpulvers nur äußerlich bei der Herstellung angeteigt werden. Es entsteht zwar eine Erweichung der Kristallränder, nicht aber soweit, daß das Material fließt. Wegen der genau definierten Poren­ größe sind Zeolithe sehr geeignete Materialien, um Molekül­ gemische in ihre Bestandteile zu trennen.

Das Substrat kann aus einem flächigen Textilgebilde oder einer dreidimensionalen Textilkonstruktion bestehen. Die Textilien können aus organischen Materialien, z. B. Visko­ se, anorganischen Materialien, wie z. B. Siliciumoxyd und synthetischen Materialien, wie z. B. Kunststoffen (Aramid, Polyester) bestehen, sie müssen lediglich biegbar und gas­ bzw. flüssigkeitsdurchlässig sein. Die textile Technologie umfaßt allgemein Gewebe, Vermaschungen und Vliese aus Sta­ pelfasern oder Endlosfilamenten. Gesondert erwähnt seien noch Gewebe und Vermaschungen aus Metallfäden. Auch können Metallfäden in anderen Substraten eingebracht sein.

Der Verbundstoff gemäß Erfindung kann dabei als Grund­ material für mindestens alle einleitend genannten Einsatz­ gebiete herangezogen werden. Infolge der Flexibilität des erfindungsgemäßen flächigen Verbundstoffes in Verbindung mit den Eigenschaften des jeweils verwendeten Silikat- Minerals ist es möglich, den Verbundwerkstoff in verschie­ dene dreidimensionale Gebilde, wie z. B. Filterrohre, zu formen oder auch in gewünschte Abmessungen auszustanzen oder zu schneiden.

Es hat sich gezeigt, daß die Körnung der Matrix in der überwiegenden Zahl der Anwendungsgebiete in der Größenord­ nung von 5 bis 90 µ liegen sollte und die Matrixstärke 20 bis 200 µ beträgt. In verschiedenen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Matrixschicht nicht glatt zu ge­ stalten, sondern eine unebene Schicht aufzubauen, d. h. das Silikat-Mineral füllt nur die Vertiefungen des Textilge­ bildes aus, d. h. die Zwischenräume zwischen Kett- und Schußfäden werden durch die Matrix gefüllt ohne sie dicht zu verschließen.

Die Silikat-Mineral-Verbundstoffe gemäß der Erfindung las­ sen sich durch Variationen ihrer Parameter den Forderungen der Einsatzgebiete gut anpassen. Als Parameter gelten die Dichte des Gewebes, der Durchmesser des verwendeten Fila­ mentes, die Porengröße des Silikat-Minerals und die Stärke der aufgewachsenen Matrixschicht.

Je nach Wahl des Parameters können Verbundstoffe verschie­ dener Filterungseigenschaften geschaffen werden. Das Zurückhalten von Partikeln wird gemeinsam von Substrat und Matrix vorgenommen, während die Trennung von Gasmolekülen die Matrix übernimmt, der Porigkeit die Wirkung vermittelt.

Die Porenstärke des Substrates wird von dem Silikat- Mineral nicht verschlossen. Vielmehr wird lediglich die Filtereigenschaft des Substrates feiner als bei einem unbeschichteten textiltechnisch hergestellten Träger. Die spezielle Kristallform des Silikat-Minerals sorgt für die Adsorption der Moleküle bestimmter Größe bei der Trennung von Gasen und Flüssigkeiten.

Außerdem erhält das Silikat-Mineral durch seine Bindung an ein Substrat der beschriebenen Art eine interessante Eigen­ schaftsverknüpfung, die zu einer hohen Zugfestigkeit des Verbundstoffes führt.

In der Zeichnung ist ein Schnitt durch verschiedene Ver­ bundwerkstoffe gezeigt. In Fig. 1 ist das Substrat 1 nur mit einer Beschichtung 2 aus Silikatmaterial versehen. Eine Doppelbeschichtung eines Trägermaterials 3 zeigt die Fig. 2, wobei die Beschichtung auf beiden Seiten des Substrates angebracht worden ist. In Fig. 3 ist eine mikroskopische Vergrößerung eines Schnittes durch einen Teil einer Verbundwerkstoffbahn gezeigt. Dabei besteht das Substrat 5 aus den Kettfäden 6, die aus vielen Vibrillen bestehen und den Schußfäden 7. Die Beschichtung trägt das Bezugszeichen 8 und deckt den Träger lückenlos ab. Aus dieser Figur ist ersichtlich, welche innige Verbindung die Beschichtung 8 mit dem Substrat 5 eingegangen ist. In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Verbundwerkstoff in mikros­ kopischer Vergrößerung mit einer Matrix geringer Stärke, d. h. es sind im wesentlichen nur die Vertiefungen des Gewebes beschichtet, so daß eine unebene Matrix aufgebaut ist. Es handelt sich also hierbei um keine geschlossene Matrixschicht und die Fasern des Gewebes sind noch zu erkennen. Eine Faserzerstörung ist nicht ersichtlich und die Haftung zwischen Matrix und Träger ist gut wie die Untersuchung gezeigt hat.

Fig. 5 zeigt ebenfalls in mikroskopischer Vergrößerung eine Draufsicht auf die Matrix des erfindungsgemäßen Verbund­ werkstoffes, die eine mittlere Schichtdicke aufweist. Da­ bei sind die Fasern zum Teil noch, wenn auch schwer, er­ kennbar, die keinen Bruch zeigen. Der Untersuchungsbericht weist aus, daß eine gute Haftung zwischen Träger und Matrix gegeben ist bei Erhalt der Porosität des Silikat-Minerals.

Claims (9)

1. Verbundwerkstoff in Flachform unter Verwendung eines Trägers, gekennzeichnet durch ein flächiges, flexibles, durchlässiges Substrat (1, 3, 5) mit einer einseitig oder beidseitig ohne Kle­ ber aufgebrachten fest mit dem Substrat verbundenen Silikat-Mineral-Schicht (2, 4, 8) als Matrix.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikat-Mineral-Schicht (8) aus Glimmer oder natürlichem oder synthetischem Zeolith besteht.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 3, 5) aus einem organischen oder anorganischen textilen Flächengebilde besteht, das gewebt, vermascht oder als Vlies hergestellt ist und zwar faserig oder aus Endlosfilamenten.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 3, 5) aus einem Metallgewebe be­ steht oder als aus Metallfäden vermascht hergestellt ist.

5. Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 3, 5) von Metallfäden durchzogen ist.

6. Verbundwerkstoff nach Ansprüchen 1-5, gekennzeichnet durch die Körnung der Matrix in der Größenordnung von 5-90 µ.

7. Verbundwerkstoff nach Ansprüchen 1-6, gekennzeichnet durch die definierte Matrixstärke in der Größenordnung 20-400 µ.

8. Verbundwerkstoff nach Ansprüchen 1-6, gekennzeichnet dadurch, daß keine glatte Matrixschicht entsteht, sondern daß vielmehr nur die Vertiefungen des Textilgebildes durch die Matrix gefüllt werden, ohne sie absolut dicht zu verschließen.

9. Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Parameter des Substrates und diejenigen der Matrix miteinander kombinierbar sind.