DE1961976A1 - Verbrennung nicht unterhaltendes Gewebe - Google Patents

Verbrennung nicht unterhaltendes Gewebe

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Description

Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling
Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.
8000 MÖNCHEN 2
TAL 33
TELEFON 0811/226894
TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT
MÖNCHEN 10· Dezember 1969 case F-4O52 / T 3397 ·
Uniroyal, Inc.
New York / USA
Verbrennung nicht unterhaltendes Gewebe
Die Erfindung be.zieht sich allgemein auf nicht brennbare Gewebe und insbesondere auf ein Gewebe, das zum Einsatz in . einer Raumkapsel unter Verwendung einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff völlig sicher ist.
Es gibt eine Anzahl von Situationen, in denen es erwünscht oder wesentlich ist, die Verwendung von Materialien vollständig zu vermeiden, welche eine Verbrennung unterhalten; dazu gehören Atmosphären aus reinem Sauerstoff oder mit einer hohen Sauerstoffkonzentration und Raumkapseln allgemein, selbst wenn reiner Sauerstoff nicht verwendet wird. Jedoch ist es in vielen derartigen Situationen nicht möglich, die Verwendung von Textilien mit einem Gehalt an organischen Pasern zu vermeiden, die oxydieren. Insbesondere tragen für Weltraumzwecke Astronauten im allgemeinen Raumanzüge, die einen Plexibilitätsgrad und einen Beständigkeits- bzw. Festigkeitsgrad aufweisen müssen, der nur durch die Verwendung der-
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MOnAMM AbratfM, iant durch Telefon, rt tdtrIfflMMr BmU(Igung »-nf. rr ntnit ii HOntfmi η mt
artige^Textilien erhalten werden kann.
Es sind bisher zahlreiche Versuche gemacht worden, um nicht brennbare Gewebe durch Verwendung von anorganischem Material, wie Glas- oder Asbestfasern, zu entwickeln. Völlig aus diesen Materialien hergestellte Gewebe sind nicht brennbar, je-"doch sind sie auch recht steif, gegen Abrieb und Bruch anfällig und im allgemeinen schwierig zu handhaben und herzustellen.
Es ist bekannt, daß Glas- und Asbestfaser—Textilien besser handhabbar hergestellt werden können, indem sie mit anderen Pasern mit größerer Flexibilität und Zähigkeit gemischt werden. Jedoch sind bekannte Materialien, die mit Glasoder Asbestfasern in dieser Weise gemischt werden können, von ihrer chemischen Natur her organisch; sie unterhalten die Verbrennung. (Der Ausdruck "unterhalten einer Verbrennung" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, daß derartige Fasern, wenn sie durch eine Wärmequelle entzündet sind, selbst nach Entfernung der Wärmequelle weiter brennen) Bisher bekannte Textilmaterialien mit einem ausreichend hohen Prozentgehalt an organischen Fasern zur Erzielung eines flexiblen, beständigen und handhabbaren Endprodukts haben ebenfalls die Verbrennung unterhalten, zumindest in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff.
Gemäß der Erfindung wird ein Garn, das aus mindestens
85 Gew.-/& Asbestfasern gebildet ist, wobei der Rest eine or-
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ganische Spezialhochteraperaturfaser ist, mit Glasfaden bzw. -filamenten zur Bildung von Kett- und Schußfäden umwickelt, die zu einem die Verbrennung nicht unterhaltenden Gewebe verwebt werden.
Die einzige Figur der Zeichnung erläutert ein gewebtes Gewebe gemäß der Erfindung und umfaßt einen vergrößerten Bereich, der den Aufbau eines einzigen Fadens des Gewebes erläutert.
Es ist eine Spezielle Faserart aus Polyamid (Nylon) bekannt, die eine besonders gute Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen besitzt. Dieses Fasermaterial ist unter dem Warenzeichen "Nomex" der E. I. duPont de Nemours Company verfügbar und soll durch eine Mischpolymerisation von meta-Phenylendiamin und IsophthsELoylchlorid gebildet werden. Die Hersteller geben für das meta-Phenyiendiamin/Isophthaloylchlorid-Mischpolymere eine hervorragend hohe Temperaturbeständigkeit an, da es nicht schmilzt und eine extrem niederige Entflammbarkeit besitzt. Es wird angegeben," daß das Material überhaupt nicht oxydiert, bis eine Temperatur von 3710C ( 7000F) erreicht ist, bei der es sich zu einer leicht zerreibbaren Kohle mit einer Rate zersetzt, die der Intensität der Wärmequelle proportional ist. Es ist bekannt, daß das Material in einer Luftatmosphäre selbst-auslöschend ist, wenn es aus der Wärmequelle entfernt wird. Im vorliegenden Zusammenhang werden
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-n-
Materialion dieses Typs allgemein als "Hochtemperatur-beständige" Materialien bezeichnet.
Fachleute auf dem Textilgebiet werden keine überraschenden Ergebnisse von einem Gemisch aus meta-Phenylendiamin/Isophthaloylchlorid-Mischpolymeren mit anorganischen Pasern erwartet haben. Es mag ganz folgerichtig angenommen worden sein, daß ein derartiges Gemisch bezüglich seiner Flammenbeständigkeit einem üblichen Gemisch aus Asbest- oder Glasfasern mit irgendwelchen anderen organischen Fasern ähnlich ist, wobei das meta-Pnenylendiamin/Isophthaloylchlorid-Mischpolymergemisch zu einer geringeren Unterhaltung der Verbrennung führt, die sich jedoch zu der größeren Flammenbeständigkeit des meta-Phenyleridiamin/Isophtftaloylchlorid-Mischpolymeren im Vergleich zu anderen organischen Fasern nur proportional verhält.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der unerwarteten Feststellung, daß irgendeine derartige' Parallele zw^chen der Flammenbeständigkeit von meta-Phenylendiaroin/Isophthaloylchorid-Mischpolymergemischen und Gemischen anderer organischer Fasern abrupt bei einem kritischen SiiwelLenwert der Zusammensetzung aufht'rt. Diesbezügliche Tests, die auf den Einrichtungen der "National Aeronautics and Space Administration" (eine USA-Regierungsstelle) durchgeführt wurden, haben ergeben, daß Textilien, die ein aus Asbest-und meta-Phenylendiamin/Isophthafoylchlorid-Mischpolymer-Fasern gemischtes Garn enthalten, die Verbrennung - zumindest in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff— unterhalten, obgleich der Asbestgehalt des Garnes den hohen Wert
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von 80 Gew.-% besitzt. Unter derartigen Bedingungen wurden bei einem Druck von nur einer Atmosphäre abs. Verbrennungsraten von 0,043 cm (.017 inches) der Kette und von 0,0310 cm (.01218 inches) des Schußes beobachtet. Wenn jedoch das Verhältnis der Asbestfasern zu den meta-Phenylendiamin/Isophthaloylchlorid-Mischpolymerfasern im Garn auf den kritischen Wert von 85$ heraufgesetzt wurde, unterhielt das Material die Verbrennung selbst in einer Atmogjhäre aus reinem Sauerstoff bei Drucken von mindestens bis zu zwei Atmosphären abs. überhaupt nicht, wobei es seine Verbrennung selbst spontan auslöschte, wenn es von ' der Wärmequelle entfernt wurde. Das Gewebe gemäß der Erfindung ist daher das erste Textilmaterial, das die Flexibilitätseigenschaften von Textilien, die organische Pasern enthalten, besitzt und die Verbrennung selbst in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff nicht unterhält.
In der einzigen Figur der Zeichnung weist das Gewebe 10 gemäß der Erfindung mehrere Kettfäden 12 und Schußfäden lh auf, die miteinander in bekannter Weise verwebt sind. Bei einer besonderen Ausfuhrungsform, die effektiv bei den vorstehend angeführten Plammenbeständigkeitstests verwendet wurde, betrug · die Fadenzahl in der Kette 24 je 2,54 cm gegenüber 20 je 2,54cm im Schuß.
Die genaue Struktur eines bestimmten Kettfadens 12, die mit der aller Fäden 12 und Ik identisch ist, ist im vergrößer-
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ten Abschnitt schematisch dargestellt. Ein großer Anteil Asbestfasern und ein kleinerer Anteil meta-Phenylendiämin/Iso-• phthaJbylchlorid-Mischpolyraerfasern sind zur Bildung eines zusammengesetzten Deckfaserstrangs 20 vermischt worden,' der auf einen· Glasmehrfachfiilanentfaserstrang 22 zur Bildung des Fadens 12 gewickelt ist. Eine gleicherweise vergrößerte Ansicht irgendeines anderen Fadens 12 oder 1*1 würde eine identische Mikrostruktur zeigen. Gemäß der Erfindung soll der Anteil an Asbestfasern im Deckfaser strang oder Umwicklung 20 nicht weniger· als 85 Gew.-% und der Anteil der darin enthaltenen meta-Phenylendiamin /Isophthaloylchlorid-Polymerfasern nicht größer als
15 Gew.-% sein. Die bevorzugte Zusammensetzung der Umwicklung beträgt 92 Gevi.-% Asbestfasern und 8 Gew.-% meta-Phenylendiamin/ Isophthaloylchlorid-Misehpolymerfasern. Beim bevorzugten Material für die Glasfilamente 22 handelt es sich um beta-Faserglas, das die Tendenz von Glasfasermaterialien haabsetzt, die Haut der Träger zu reizen.
Die Asbest-und die meta-Phenylendiamin/Isophthaloyl-
chlorid-Mischpolymerfasern werden zum Faserstrang 2o in üblicher Weise vermischt, was schematisch aus der Zeichnung hervorgeht, da Einrichtungen und Arbeitsweisen zur Durchführung in der Technik recht gut bekannt sind. Das bevorzugte Maß des Fasersfcrangs 20 beträgt 25 cut {Stüeklänge),und das bevorzugte Kaß des Faserclas-Mehrfachfilamentfaserstrangs 22 beträgt 15O-I/O. Nachdem ein Deckfaserstrang 20 mit einer Schnittlänce von 25 auf einen Kernfaserstrans 22 mit einem Haß von I50-I/0 gewickelt wurde, weist 00 9829/OSS3
der resultierende zusammengesetzte Faden 12 bzw. I^ eine Schnittlänge von 19 auf. Die auf diese Weise gebildeten Fäden 12 und 14 werden in üblicher Weise zur Bildung des Gewebes IO verwebt, das danach naß abgebürstet wird und eine Standardausrüstung erhält.
Wenn die bevorzugbeDeckzusammensetzung aus 92% Asbest und 8/5 meta-Phenylendiamin/IsophthaJDylchlorid-Mischpolymerern zusammen mit dem bevorzugten beta-Faserglasmaterial verwendet wird, beträgt die resultierende Gewebegesamtzusammensetzung 79 Gewr# Asbestfaser, 7 Gew.-? meta-Phenylendiamin/Isophthaloylchlorid-Mischpolymerfaser und I1I Gew.-JS Faserglasfilamente.
Das Gewebe 10 besitzt zusätzlich zu seinen Flammenbeständigkeitseigenschaften relativ hohe Festigkeit und geringes Gewicht. Die Reißfestigkeit wurde mit 7,3kg (16 pounds) in der Kette und 7»7kg (17 pounds) im Schuß ermittelt. Die Zugfestigkeit wurde mit 36,7kg (81 pounds) in der Kette und 30,4kg (67 pounds) im Schuß ermittelt. Trotz dieser Festigkeit besitzt das Gewebe nur ein Gewicht von 368g je 0,836m (13 ounces per square yard). Infolgedessen besitzen .Raumanzüge und andere aus dem Gewebe 10 gebildete Bekleidungen ein relativ leichtes Gewicht; daher sind % sie eine geringe Last für die sie tragenden Astronauten. Jedoch sind sie auch fest, flexibel und abriebbeständig und werden nicht leicht durch Reiß- oder Zugbeanspruchungen zerstört. . '
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Jedoch ist die Haupteigenschaft natürlich die Tatsache, daß das Gewebe 10 des Anzugs bei einem momentanen elektrischen Unglück, selbst.wenn es kurz entzündet wird, unmittelbar zu brennen aufhört, sobald der elektrische Defekt behoben ist, z.B. durch Schmelzen einer Schutzsicherung. Wenn dies eintritt, ist die elektrische Wärmequelle wirksam beseitigt und brennt das Gewebe 10 des Anzugs nicht länger. Diese Tatsache kann leicht über Leben und Tod des Trägers entscheiden, der sich in einer Raumkapsel aufhalten kann, wenn der Unfall eintritt. Es ist wichtig,festzustellen, daß dieser Grad an Sicherheit selbst in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff und s.elbst .dann erzielt wird, wenn der · umgebende Druck höher als Atmosphärendruck ist,
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Claims (17)

  1. Ansprüche
    U.J Verbrennung nicht unterhaltendes Gewebe mit einem Gehalt an anorganischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (10) beim Wegziehen von einer Wärmequelle selbst auslöschende organische Pasern und im wesentlichen kein anderes organisches Material enthält.
  2. 2. Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus 79 Gew. -% anorganischen Fasern, 7 Gew.-# organischen Fasern und 14 Gew.-% zusätzlichem anorganischem Material besteht.
  3. 3. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fasersträngen (20) aus im wesentlichen mindestens 85 Gew.-% anorganischen Fasern gebildet ist, wobei der Rest organische Fasern sind.
  4. 4. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus'Fasersträngen (20) aus im wesentlichen 92 Gew.-? anorganischen Faeern gebildet ist, wobei der Rest organische Fasern sind.
  5. 5. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Fasersträngen
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    - ίο -
    (20) und zusätzlichem anorganischem Material (22) besteht.
  6. 6. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fäden (12,-14) mit zusätzlichem anorganischem Material (22) in Form von Filamenten besteht.
  7. 7. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus durch Aufwickeln von Fasersträngen (20) auf anorganische Filamente gebildeten Fäden (12, 14) besteht.
  8. 8. Gewebe nach einem der vorhergehendaaA nsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus zur Bildung von Kettfaden (12) und Schußfäden (14) miteinander verwebten Fäden (12, 14) besteht.
  9. 9. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fäden (12, 14) mit anorganischen Filamenten aus im wesentlichen unoxydierbarem Material besteht.
  10. 10. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fäden (12, 14) mit morganischen Filamenten aus im wesentlichen Glas besteht.
  11. 11. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 009829/0953
    - ii -
    dadurch gekennzeichnet, daß es als anorganische Pasern Asbestfasern enthält.
  12. 12. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es organische Fasern mit einer Oxydationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen enthält, .die mindestens im wesentlichen der von Polyamidfasern aus meta-Phenylendiamin/Isophtha-oylchlorid-Mischpolymerem entspricht.
  13. 13· Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es organische Fasern aus einer im wesentlichen Hochtemperatur-beständigen Polyamidart enthält.
  14. 14. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet^ daß es organische Fasern aus durch Mischpolymerisation von meta-Phenylendiamin und Isophthaloylchlorid gebildetem Polyamidmaterial enthält.
  15. 15. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Kettfäden (12) und Schußfäden (14) in einer Anzahl von 24 χ 20 Fäden (12,14) je 2,54cm besteht.
  16. 16. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fasersträngen (20) mit einem
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    .- 12 - ι .
    Gewicht, entsprechend 25 cut (Stücklänge), besteht.
  17. 17. Gewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Fäden (12,1*1) mit anorganischen Filamenten mit einem.Gewicht von I50 den besteht.
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