Hochtemperaturbeständiger Vlies stoff und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen hochtemperaturbeständigen Vliesstoff aus gebundenen
synthetischen Stapel- und/oder Endlosfasern und ein Verfahren zu dessen Herstellung.High temperature resistant nonwoven fabric and process for its manufacture
The invention relates to a high temperature resistant nonwoven fabric made of bonded
synthetic staple and / or continuous fibers and a process for their production.
Der Vlies stoff zeichnet sich durch eine besonders gute Dauertemperaturbeständigkeit
aus, wie sie für zahlreiche Anforderungen, z.B. auf dem Elektro-Isolationssektor
erwünscht ist.The nonwoven is characterized by its particularly good long-term temperature resistance
as they are for numerous requirements, e.g. in the electrical insulation sector
is desirable.
Es ist bekannt, Vliesstoffe auf dem Elektro-Isolationssektor, z.B.
als Trägermaterial für Isolationsharze einzusetzen. Dazu werden üblicherweise Materialien
verwendet, die aus loo % Polyesterfasern bestehen. Solche Vliesstoffe werden zur
späteren Weiterverarbeitung in Form von sogenannten Prepregs eingesetzt. Dies bedeutet,
daß diese mit
einem reaktiven Isolationsharz, meist auf Basis von
Epoxiden und Polyimiden, getränkt werden und das Harz durch eine Wärmebehandlung
in den sogenannten B-Zustand überführt wird. In diesem Zustand ist das Harz noch
nicht vollständig ausgehärtet. Die vollständige Aushärtung erfolgt erst nach Einbau
z.B. in einen Transformator oder einen Elektromotor. Es kann aber auch sein, daß
das Vlies ohne vorherige Tränkung verarbeitet wird und erst danach zur Erzielung
der Isolationseigenschaften mit einem der vorstehend genannten Harze beträufelt
wird.It is known to use nonwovens in the electrical insulation sector, e.g.
to be used as a carrier material for insulation resins. Materials are usually used for this purpose
used, which consist of loo% polyester fibers. Such nonwovens are used for
later further processing in the form of so-called prepregs used. This means,
that this with
a reactive insulation resin, usually based on
Epoxides and polyimides, and the resin through a heat treatment
is transferred to the so-called B-stage. The resin is still in this state
not fully cured. The complete hardening takes place only after installation
e.g. in a transformer or an electric motor. But it can also be that
the fleece is processed without prior impregnation and only then to achieve it
the insulation properties with one of the resins mentioned above
will.
Solange beim späteren Betrieb Dauertemperaturen von maximal 1650 C
nicht überschritten werden, sind solche Vliesstoffe in Kombination mit Isolierharzen
mit großer Sicher heit als Isolatorenmaterial verwendbar.As long as continuous temperatures of a maximum of 1650 C during later operation
are not exceeded, such nonwovens are in combination with insulating resins
can be used with great certainty as an insulator material.
Die steigenden Anforderungen auf dem Elektroisolationssektor machen
die Suche nach geeigneten Isolationsmaterialien höherer Beständigkeit, insbesondere
höhere Dauertemperaturbeständigkeit notwendig. Es müssen in steigendem Maße Isolationsmaterialien
verarbeitet werden, die gegen Dauertemperaturen bis zu 250° C beständig sind. Die
Beständigkeit gegen kurzfristige Temperatureinwirkungen soll dabei noch höher liegen,
zweckmäßig bis zu einem Bereich 0 von etwa 35o C. Innerhalb des vorstehend angegebenen
Temperaturbereiches sind z.B. Feinstglasgewebe und Papiere auf Basis von Polyarylamiden
einsetzbar. Derartige Produkte sind jedoch meist nicht in dem erforderlichen Maße
gleichmäßig strukturiert und oft zuzüglich zu dick. Neben der erhöhten Temperaturbeständigkeit
sind auch geringe Stärken - unter 2ooyii, vorzugsweise von etwa 30 bis 80 -erwünscht.
Um eine optimale Isolierung auch bei Hochspannungen zu garantieren, soll das Isolationsharz
sehr gleichmäßig von dem als Träger dienenden Vlies stoff aufnommen
werden.
Dies ist bei den bisher bekannten Materialien nicht der Fall. Der Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, einen hochtemperaturbeständigen und dabei dünnen Vliesstoff
von sehr gleichmäßiger Porosität zu entwickeln.Make the increasing demands on the electrical insulation sector
the search for suitable insulation materials of higher resistance, in particular
higher permanent temperature resistance necessary. Increasingly, insulation materials are required
that are resistant to permanent temperatures of up to 250 ° C. the
Resistance to short-term temperature effects should be even higher,
expediently up to a range of 0 of about 35 ° C. Within the range given above
Temperature range are e.g. fine glass fabrics and papers based on polyarylamides
applicable. However, such products are usually not to the required extent
evenly structured and often too thick. In addition to the increased temperature resistance
Small strengths - below 2ooyii, preferably from about 30 to 80 - are also desirable.
In order to guarantee optimal insulation even at high voltages, the insulation resin should
very evenly absorbed by the nonwoven fabric serving as a carrier
will.
This is not the case with the materials known to date. The invention lies
therefore the task is based on a high temperature resistant and at the same time thin nonwoven fabric
of very uniform porosity.
Erfindungsgemäß wird ein hochtemperaturbeständiger Vliesstoff aus
gebundenen synthetischen Stapel- und/oder Endlosfasern vorgeschlagen, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß er bis zu etwa 35o0C temperaturbeständige und bei wenigstens
200 bis 25o0C dauertemperaturbeständige Fasern aus Polyarylamid, Polyarylimid, Polyarylester
und/oder Polyarylanhydrid enthält, die ohne zusätzliches Bindemittel an ihren Kreuzungspunkten
miteinander verbunden sind, Als besonders geeignet haben sich Polyarylamide erwiesen,
die durch Kondensation aus Isophthalsäure und m- Phenylen - Diamin erhalten werden
und bis zu etwa 35o°C gegenüber kurzzeitigen Temperatureinwirkungen beständig sind.
Die Dauertemperaturbeständigkeit liegt dabei sicher im Bereich von etwa 200 bis
25o0C. Hierbei sind insbesondere solche Polyarylamide zweckmäßig, deren Molekulargewicht
innerhalb des Bereiches von etwa 20 ooo bis 70 ooo liegt. Die Fasern sollen eine
im wesentlichen kristalline Struktur aufweisen. Der Vliesstoff ist nach einer bevorzugten
Ausführung gleichmäßig etwa 20 bis 300 /u stark. Er weist bei einer Dauertemperaturbelastung
innerhalb des Bereiches von etwa 200 bis 25o0C noch etwa 60 % seiner Reißfestigkeit
bei Raumtemperatur auf. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Vliesstoffe erfolgt
derart, daß zunächst in an sich bekannter Weise auf trockenem oder nassem Wege ein
Vlies aus den hochtemperaturbeständigen Fasern abgelegt wird, das dann ohne
Zusatz
eines Bindemittels durch ein etwa 80° C heißes Bad aus LiCl oder wasserfreies Mg
C12 enthaltendes Dimethylformamidbad geführt wird, wobei die Fasern oberflächlich
angelöst werden, und daß das so vorbehandelte Vlies dann in an sich bekannter Weise
nach der Entfernung des Dimethylformamids durch Anwendung von Druck und Hitze, z.B.
durch Kalandrieren, verfestigt wird. Die Bindung der Fasern erfolgt damit an den
Faserkreuzungspunkten und es entsteht ein stabiler Vliesstoff mit sehr gleichmäßiger
Porosität. Druck und Temperatur ist während des Kalandrierens so einzustellen, daß
die kristalline Struktur der Fasern erhalten bleibt. Die Temperatur und Druckverhältnisse
sind gegebenenfalls durch einfache Vorversuche zu ermitteln.According to the invention, a high temperature resistant nonwoven fabric is made from
Bound synthetic staple and / or continuous fibers proposed that thereby
is characterized to be temperature resistant up to about 35o0C and at least
Fibers made of polyarylamide, polyarylimide, polyaryl ester, which are permanently resistant to temperatures of 200 to 25o0C
and / or contains polyarylanhydride, which without additional binder at their points of intersection
are connected to one another, Polyarylamides have proven to be particularly suitable,
obtained by condensation from isophthalic acid and m-phenylene diamine
and are resistant to brief temperature effects up to about 35o ° C.
The long-term temperature resistance is certainly in the range from about 200 to
25o0C. Those polyarylamides are particularly useful here, their molecular weight
is within the range of about 20,000 to 70,000. The fibers should be one
have an essentially crystalline structure. The nonwoven fabric is preferred according to one
Execution evenly about 20 to 300 / u strong. He shows a permanent temperature load
within the range of about 200 to 25oC still about 60% of its tear strength
at room temperature. The nonwovens according to the invention are produced
in such a way that initially in a manner known per se in a dry or wet way
Fleece from the high-temperature-resistant fibers is deposited, which is then without
additive
a binding agent through a bath of LiCl or anhydrous Mg at about 80 ° C
C12 containing dimethylformamide bath is performed, the fibers superficially
are dissolved, and that the so pretreated fleece then in a known manner
after removal of the dimethylformamide by the application of pressure and heat, e.g.
by calendering. The fibers are bound to the
Fiber crossing points and the result is a stable nonwoven fabric with a very uniform
Porosity. The pressure and temperature are to be adjusted during the calendering so that
the crystalline structure of the fibers is preserved. The temperature and pressure conditions
are to be determined by simple preliminary tests if necessary.
Beispiel 2 Man bereitet ein Vlies aus 80 g/m' Polyarylamidfasern mit
einem Molekulargewicht von ca. 50 ooo und einer Temperaturbeständigkeit bis ca.
35o0C. Dieses Vlies wird durch eine etwa 80 0C heiße Lösung von Dimethylformamid
und LiCl geführt. Die Lösung enthält etwa 2% LiCl. Die Polyarylamidfasern werden
dabei angelöst. Die LiCl-haltige Dimethylformamidlösung wird in geeigneter Weise,
z.B.Example 2 A nonwoven made of 80 g / m 2 of polyarylamide fibers is also prepared
a molecular weight of approx. 50,000 and a temperature resistance of up to approx.
35o0C. This fleece is made from a solution of dimethylformamide at about 80 ° C.
and LiCl led. The solution contains about 2% LiCl. The polyarylamide fibers are
thereby solved. The LiCl-containing dimethylformamide solution is suitably
e.g.
durch Anwendung eines Gegenstromverfahrens vollständig wieder aus
dem Vlies entfernt und die Bindung der Fasern durch Kalandrieren bei etwa 200 OC
herbeigeführt. Der erhaltene Vliesstoff eignet sich gut als Elektroisolationsmaterial
und hat eine Dicke von ca. 9o bis loo/u.completely off again by using a countercurrent process
the fleece is removed and the fibers are bonded by calendering at about 200 ° C
brought about. The obtained nonwoven fabric is well suited as an electrical insulation material
and has a thickness of about 9o to 10o / u.
Es ist wichtig, daß das Dimethylformamid und das LiCl vollständig
aus dem Vlies entfernt werden. Die Struktur der Vliese kann je nach den Arbeitbedingungen,
insbesondere der Einwirkungszeit des LiCl-haltigen Dimethylformamids verschieden
sein. Das Dimethylformamid und das LiCl können im Kreislauf zurückgewonnen und wieder
verwendet werdenIt is important that the dimethylformamide and LiCl are complete
removed from the fleece. The structure of the fleece can, depending on the working conditions,
in particular the exposure time of the LiCl-containing dimethylformamide different
be. The dimethylformamide and the LiCl can be recycled and again
be used