DE19811405A1

DE19811405A1 - Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff

Info

Publication number: DE19811405A1
Application number: DE1998111405
Authority: DE
Inventors: Claus Schierz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der flächigen Textilgüter technischer Art aus anorganischen und organischen Fasern. DOLLAR A Die erfinderische Lösung sieht einen kompakten, aus Vliesbestandteilen mittels Nadeln ohne Zusatzwerkstoffe bestehenden Stoff vor, der im oberen Bereich eine Anreicherung von z. B. SiO¶2¶-Fasern und im unteren Bereich eine Anreicherung von Aramidfasern aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der flächigen Textilgüter technischer Art aus anorganischen und organischen Fasern, verbunden zu Vliesen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen hochtemperaturbeständigen Vliesverbund aus Glas-, Keramik- und/oder SiO₂-Fasern mit Fasern der Gattung der Aramide.

In der Industrie müssen heiße Waren verschiedenster Art bei der Herstellung und nachfolgenden Behandlung, z. B. in Kühlbereichen, mittels Transporteinrichtungen gehandhabt und gefördert werden.

Bis in höchste Temperaturbereiche wurden dafür Asbestmaterialien, so auch Asbestfasern in flexiblen Transport- und Handhabeeinrichtungen verwendet. Diese hochtemperaturbeständigen Fasern waren aus Gründen der von ihnen ausgehenden Gesundheitsgefährdungen zu substituieren. Als Substituate für sehr hohe Temperaturen sind mineralische Fasern, wie z. B. Glas-, Keramik- oder SiO₂-Fasern bekannt. Im Bereich weniger hoher Temperaturen werden organische Fasern eingesetzt, teilweise im Verbund mit anorganischen Bestandteilen. Die Nachteile der mineralischen Faser bestehen im wesentlichen, so in DE-OS 43 38 270 beschrieben, darin, daß sie auf Grund ihrer Sprödheit, somit ihres Sprödbruchverhaltens, eher zu Defekten führen, wodurch ein hoher Verschleiß, geringe Standzeit, hoher Faserabrieb mit all seinen Folgewirkungen bewirkt werden. Organische Fasermaterialen besitzen im wesentlichen den Nachteil der geringen thermischen Belastbarkeit, wodurch bei deren Überschreiten, z. B. beim Transport von Glas- oder Al-Produkten nach ihrer Formgebung zur und durch die Kühlung Schädigungen oder Zerstörungen am organischen Material entstehen. Überlagert werden die thermischen Belastungen an den Fördermitteln durch die zu handhabenden heißen Produkte im weiteren durch deren Aufgabe und damit entstehenden zuzüglichen mechanischen Belastungen am Förder- und Handhabemittel. Dieser komplexen Belastung ist derzeit keine Materialkomposition im Temperaturbereich von größer als 600°C dauerhaft gewachsen. Alle bisher bekannten Materialkompositionen, die flexibel ausgestattet sind, da sehr heiße, teilweise noch etwas weiche Produkte vorgenannter Art nicht auf Stahl- oder ähnlich harten Oberflächen aufgegeben und transportiert werden können, sind kaum geeignet, langandauernd, mit hoher Standzeit und ohne fast sofort eintretende Störungen und nachhaltige Defekte an ihnen diese Transport- und Handhabeaufgaben bei o. g. Bedingungen auszuführen. Die technische Lösung nach der v. g. DE-OS 43 38 270 ist auch nicht geeignet, eine solche Aufgabenstellung zu erfüllen, insbesondere deswegen, weil sie ein starres, hochtemperaturbeständiges Produkt bestehend aus einer starren Materialmatrix, welche mit Fasern verstärkt ist, bereitstellt.

Weiterhin nach DE-OS 37 12 162 bekannte Bänder aus flexiblem Glasfasergewebe, dessen Fasern teilweise auch wärmegehärtet sein können, bestehen aus mehreren solchen Gewebeschichten, die aufeinanderliegend verklebt sind. Ihre Nachteile bestehen laut DE-OS 37 12 162 insbesondere in ihrer schlechten mechanischen aber auch thermischen Beständigkeit, nicht zuletzt in den Verklebungen der einzelnen Schichten. Diese Nachteile werden von der DE-OS 37 12 162 dadurch abgestellt, daß sie eine technische Lösung vorschlägt, wonach eine mechanisch belastbare Bodenschicht des Transportbandes aus einem Gewebe und eine thermisch belastbare Oberschicht des Bandes aus ebenfalls einem Gewebe mittels eines mechanisch beständigen Nähfadens miteinander vernäht sind. Für die Bodenschicht wird beispielhaft ein Aramidfasergewebe und für die Ober- bzw. Trage- oder transportierende Schicht ein Glasfasergewebe angegeben. Mehre Schichten sollen auch im Nähverbund möglich sein. Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit der Nähfäden wurden nicht gestellt, woraus erkennbar ist, daß bei entsprechender thermischer Belastung ein schwerwiegender Mangel bezüglich des Verbundes besteht. Da diese Lösung, wie in der Fig. 1 gut erkennbar ist, keine flächigen Verbunde erzeugt, dürfte bei entsprechender Belastung dieser weitere schwerwiegende Mangel dazu führen, daß Verzug, Verwerfungen und Defekte oder Ausfall der Vernähung der Schichten zum Bandausfall führen. Die Nähte führen darüber hinaus zu unerwünschten Beeinträchtigungen der Fördergüter. Nachteile aller Art von Geweben ist deren Gewebestruktur, die sich ungewollt im teilweise noch weichem Transportgut markiert.

Von vorgenanntem ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen flexiblen Hochtemperatur-Schichtwerkstoff für einen Temperaturbereich von 200°C bis größer 1100°C zur Verfügung zu stellen, bei dem die Nachteile der bisher bekannten technischen Lösungen beseitigt sind und bei dem insgesamt ganzflächige Schichtverbindungen mit Tiefenwirkungen bewirkt werden.

Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Durch die nachfolgenden besonderen vorteilhaften Wirkungen zeichnet sich die Erfindung aus. Beim Vernadeln der jeweiligen Doppellage des Mischvlieses aus SiO₂-Fasern und Aramidfasern werden überraschenderweise die Aramidfasern von der mit Kerben besetzten Nadel nach unten gezogen und vom unteren Lochblech von der Nadel abgestriffen. Die SiO₂-Fasern verbleiben hauptsächlich, wahrscheinlich wegen ihres Sprödbruches beim Angriff der Kerbe der Nadel, im oberen Bereich des Vlieses. Dadurch tritt eine Anreicherung von Aramidfasern im unteren Bereich der Doppellagen ein. Beim zeitlich nachfolgenden Vernadeln einer weiteren Doppellage und dieser mit anderen Doppellagen tritt dieser Effekt potentiert wieder ein und es kommt in der Fortfolge des Schichtkörperaufbaus zu einer außerordentlich starken Ausdünnung der Aramidfasern im oberen Schichtwerkstoffbereich, wo sich damit hauptsächlich nur noch SiO₂-Fasern befinden, und einer außerordentlich starken Aramidfaseranreicherung im unteren Bereich des Schichtwerkstoffes. Dieser Vorgang der Ausdünnung der Aramidfasern von oben her und deren Anreicherung nach unten ist im wesentlichen stetig über den Querschnitt des erfindungsgemäßen Werkstoffes verteilt, welcher sich somit als sehr kompakter, dennoch flexibler, oben besonders temperaturbeständiger und unten besonders mechanisch fester Werkstoff darstellt. Dieser charakteristische Stoffaufbau ist mit einem Verbund von zwei Vliesen aus jeweils nur SiO₂-Fasern und nur Aramidfasern nicht erreichbar. Damit wird erstmalig ermöglicht, daß genau auf der Seite, wo das heiße Gut transportiert werden soll, eine "weiche" Oberfläche, die den erforderlichen hohen Temperaturen widersteht, vorhanden ist und auf der anderen Seite, wo die hohen mechanischen Belastungen durch Umlenkrollen und andere Transportelemente bestehen, ein hoher Anteil an hochfesten Aramidfasern vorliegt, ohne daß die Nachteile eines Schichtaufbaus mit gesonderten Verbindungen bestehen. Mit dem vorgeschlagenen erfinderischen Stoffaufbau wird darüber hinaus noch eine isolierende Wirkung gegenüber der weniger temperaturbeständigen Aramidfaser im Unterbau des Werkstoffes erreicht.

Diese Erfindung wird an nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Eine Doppellage Vliesstoff (600 g/m²) aus einem Fasergemisch mit 70% SiO₂-Fasern und 30% Aramidfasern wird mit einer zweiten gleichen Doppellage vernadelt. Die Vernadelung erfolgt von "oben nach unten". Die Nadeldichte beträgt vorzugsweise 70 Einstiche je cm². Als Nadeltyp wird eine Nadel 15 × 17 × 40 × 30 RB 22 verwendet. Es entsteht eine Ober- und eine Unterseite. Diese Ware wird erneut der Nadelmaschine vorgelegt (Unterseite nach unten). Auf der Oberseite läuft ein weiterer Vliesstoff mit 600 g/m² und der gleichen Materialzusammensetzung zu. Dieses neu zulaufende Vlies wird in das untere Vlies eingenadelt. Hierbei entsteht der Effekt, daß die Aramidfasern tiefer in die untere Schicht eingenadelt werden. Dieser Prozeß wird permanent wiederholt, bis die gewünschte Vliesstoffstärke erreicht ist.

Bei den vielfachen Versuchen stellt sich zunächst eine Faser mit einem SiO₂-Gehalt < 93% und einem ∅ von 6 bis 10 µm am geeignetsten heraus.

Ausführungsbeispiel 2

Herstellung des Vliesstoffes gemäß Beispiel 1 erfolgt gleich. Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit wird ca. 1/3 von der Oberseite gemessen ein Gewebe aus SiO₂-Fasern eingenadelt.

Ausführungsbeispiel 3

Zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit und zur Reduzierung der Dehnung wird ca. 1/4 von der Unterseite gemessen ein Gewebe aus kochfestem Polyester eingenadelt.

Claims

1. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff, insbesondere aus Vlies- und/oder Filzmatten bzw. -schichten zusammengesetzt, wobei die Hochtemperaturkomponente durch Mineralfasern und die festigkeitserzeugende Komponente durch organische oder Kohlenstoffasern dargestellt sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Verbund des gesamten Schichtwerkstoffes aus jeweils mehreren Schichten zeitlich nacheinander aufgebrachter Doppellagen besteht, somit bestehend aus oberen Mineralfaser- und unteren Aramidfaserlagen und jeweils entsprechend der jeweiligen folgenden Doppellagen ohne Zusatzmaterial mechanisch miteinander verfestigt ist.

2. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Teile der Doppellagen vorzugsweise aus Vliesen bestehen.

3. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der obere Teil der Doppellagen, die Mineralfaserschicht, vorzugs weise aus SiO₂-Fasern gebildet ist.

4. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der untere Teil der Doppellage, die Aramidfaserschicht, an Stelle einer solchen durch eine Kohlenstoffaserschicht ersetzt ist.

5. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zeitlich nacheinander aufgebrachten Doppellagen mechanisch mittels Vernadeln miteinander verfestigt sind, wobei beim Vernadeln keine Unterbrechung der translatorischen Bewegung der zu vernadeln den Doppellagen eintritt und keine glatten Nadeln sondern Nadeln mit Kerbe verwendet werden.

6. Flexibler Hochtemperatur-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit und zur Verringerung der Dehnung in den Verbund Gewebe- und/oder andere Flächengebilde eingebracht sind.