DE2516739A1

DE2516739A1 - Faserstruktur

Info

Publication number: DE2516739A1
Application number: DE19752516739
Authority: DE
Inventors: John Albert Avery Bradbury; Arnold George Cottrell
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1975-10-30
Also published as: IT1037233B; FR2268102A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Paserstruktur und insbesondere auf eine Paserstruktur, die aus anorganischen Pasern in Form einer Watte, einer Matte, einer Decke, eines Pilzes od.dgl., besteht.

Anorganische Fasern werden üblicherweise in verhältnismäßig kurzen Längen in Form einer losen Decke oder in Form von "Wolle" hergestellt. Die Verfestigung oder Verdichtung dieser Formen oder ihre Umwandlung in Textilformen ergibt Schwierigkeiten, die mit den geringen Dehnungseigenschaften der Fasern und (sofern sie nicht einen außergewöhnlich geringen Durchmesser aufweisen, wie z.B. weniger als 1/U) mit ihrer niedrigen Flexibilität im Vergleich zu den Eigenschaften von herkömmlichen organischen» wie z.B. Nylonfasern zusammenhängen. Es ist bereits bekannt, anorganische

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Fasern, wie z.B. Asbest, in Garne und Textilien zu verarbeiten, indem man sie mit organischen Fasern mischt. Diese Verfahren haben Jedoch nur einen teilweisen Erfolg gehabt. Die erhaltenen Produkte leiden unter den Nachteilen, die sich aus der Anwesenheit der organischen Fasern ergeben. Ein Beispiel hierfür ist die niedrige Wärmebeständigkeit.

Nicht-gewebte Textilien aus organischen Fasern wurden aus Stapelfasern durch ein Verfahren hergestellt, das in der Technik als "Ketten" (stitchbonding) bekannt ist. Die direkte Anwendung dieses Verfahrens auf anorganische Fasern ist Jedoch schwierig, und zwar aufgrund der eigentümlichen Eigenschaften der anorganischen Fasern. Außerdem besitzt das bei diesem Verfahren verwendete Kettgarn eine niedrige Wärmebeständigkeit.

Es wurde nunmehr gefunden, daß wärmebeständige Strukturen aus anorganischen Fasern dadurch hergestellt werden können, daß man Bahnen aus anorganischen Fasern mit einem Kettgarn, das aus einer thermisch beständigen Faser besteht, kettet.

So wird also gemäß der Erfindung eine wärmebeständige Faserstruktur vorgeschlagen, die aus einer Bahn aus anorganischen Fasern besteht, die mit einem Garn aus einer thermisch beständigen Faser gekettet ist.

Die anorganischen Fasern in der Bahn können in ein oder mehreren bevorzugten Richtungen orientiert sein, aber für die meisten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind die Fasern willkürlich in der Bahn verteilt.

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Um den unerwarteten Einfluß der Anwesenheit von "Schrot" (nicht-faserige teilchenförmige Stoffe) in der Bahn auf das richtige Funktionieren der Kettnadeln zu vermeiden, werden die anorganischen Fasern vorzugsweise aus solchen ausgewählt, die normalerweise keinen Schrot enthalten, wie z.B. Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxidfasern, die unter dem Warenzeichen "Saffil" erhältlich sind, oder es sollten die Fasern durch ein geeignetes Verfahren so behandelt werden, daß der Schrot entfernt wird.

Beispielsweise kann eine glatte Bahn aus anorganischen Fasern, die Schrot enthält, zweckmäßig dadurch hergestellt werden, daß man die Fasern in Wasser aufschlämmt, den schweren Schrot durch Sedimentation oder Cyclonenwirkung abtrennt und das Wasser auf einem Drahtsieb entfernt.

Das Kettverfahren wird am besten mit einer Bahn von im wesentlichen gleichförmiger Stärke ausgeführt.

Das Ketten ist ein mechanisches Bindeverfahren, bei welchem in Jedem Zyklus die Bahn durch eine Reihe von spitzigen komplizierten Nadeln durchdrungen wird, von denen Jede eine Garnschlinge aufnimmt, die durch die Bahn zurückgezogen und mit dem im vorhergehenden Zyklus aufgenommenen Garn verschlungen wird. Es besteht also im wesentlichen darin, daß man eine kettenartige oder nahtartige Struktur des Garns durch eine nicht-gewebte Bahn erzeugt, wobei die resultierenden Schlingen der Struktur an den gegenüberliegenden Seiten der geketteten Bahn hervorschauen. Es kann Jede geeignete Kettmaschine beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wie z.B. die Elitex-Arachne-Maschine, eine Malimo-Maschlne oder die VP-Kettmaschine.

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Die Auswahl eines wärmebeständigen Kettgarns hängt beim erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich von der Temperatur, auf welche die erfindungsgemäße Struktur erhitzt werden soll, und auch von der Stärke der mechanischen Spannungen, denen die Struktur ausgesetzt wird, ab. Bei Temperaturen bis zu ungefähr 300⁰C ist es möglich, verschiedene Typen von thermisch beständigen organischen Fasergarnen zu verwenden, wie z.B. Phenol/Formaldehyd-Harzfasern, Polyamid/Amid-Fasern und Poly(m-phenylenisophthalamid)-Fasern. Derartige für hohe Temperaturen geeignete organische Fasern sind im Handel unter den Warenzeichen "Kynal", "Kermel" und "Nomex" erhältlich. Polyoxydiazol- und Polybenzimidazolfasern sind bis zu ungefähr IJOO⁰C stabil und können ebenfalls verwendet werden. Für Temperaturen bis zu ungefähr 75O⁰C kann ein Glasgarn verwendet werden. Für Temperaturen über 75O°C wird ein Garn aus Siliziumdioxid-, Quarz- oder Aluminiumoxidboroxid-silicat-Faser, die als MGC-ABS-2 von der Minnesota Mining & Manufacturing Inc. erhältlich ist, bevorzugt.

Metallfäden, wie z.B. FMB-Fäden aus rostfreiem Stahl (49 swg) und Incaloy-DS-Fäden (36 swg) können ebenfalls als Kettgarn verwendet werden. Durch die Verwendung derartiger Garne können erfindungsgemäße Strukturen erhalten werden, die bei Temperaturen bis zu mindestens 1200⁰C verwendet werden können. Für Temperaturen über 1200⁰C können feuerfeste anorganische Fasergarne (wie z.B. Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxidgarne) verwendet werden.

Die Glas-, Siliziumdioxid-, Quarz- oder anderen anorganischen Garne werden ziemlich leicht während des Kettverfahrens abgerieben, was zu häufigen Brüchen im Garn führt.

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Es wurde gefunden, daß diese Schwierigkeit überraschend dadurch beseitigt werden kann, daß man das Garn mit einem geeigneten organischen Polymer beschichtet. Geeignete Polymere sind Nylon, Polyester, wie "Terylene", Polyäthylen, Polypropylen und Polytetrafluoräthylen. Zweckmäßigerwelse wird das Polymer auf das Garn in Form einer Lösung oder Emulsion aufgebracht, die nach dem Aufbringen eines gleichmäßigen Belags getrocknet wird. Im Falle von Polytetrafluoräthylen, Nylon und "Terylene" wird der Belag durch Erhitzen auf über die Sintertemperatur des Polymers ausgehärtet, wodurch die Abriebbeständigkeit verbessert wird.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Struktur verwendeten Kettgarne sollen im allgemeinen zwischen 90 und 2000 Denier, vorzugsweise zwischen 500 und 1500 Denier, liegen. Eine Reißfestigkeit von mehr als ungefähr 5 kg Gewicht wird für das Garn bevorzugt.

Gegebenenfalls kann ein leichter Scrim aus organischen Fasern (wie z.B. Rayon oder Nylon) auf eine oder beide Seiten der Bahn aus anorganischen Fasern gelegt werden, bevor das Ketten durchgeführt wird. Dieses verringert eine Beschädigung der anorganischen Fasern in der Bahn während des Kettens und ergibt eine erfindungsgemäße Struktur, die verbesserte Handhabungseigenschaften aufweist. Die organischen Fasern sind vorzugsweise thermisch abbaubar. Bei der Verwendung von hohen Temperaturen wird ein solcher Scrim normalerweise herausgebrannt. Der verwendete Scrim wiegt im allgemeinen nicht mehr
abbrennen.

nicht mehr als 28 g/m und sollte weitgehend ohne Flamme

Die üblicherweise verwendeten Maschen, wie z.B. Ketten- oder Trikotmaschen, ergeben eine gekettete Struktur, deren Festig-

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kelt hauptsächlich In der Kettenrichtung liegt. Bei einigen Anwendungen ist es jedoch erwünscht, eine wesentliche gleichförmige Festigkeit sowohl in der Ketten- als auch In der Schußrichtung zu erzielen. Dies kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Beispielsweise kann ein Schußgarn zusätzlich zu den Kettenmaschen eingelegt werden. Eine geeignete Maschine, die dieses kann, ist die Malimo-Kettmaschine. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schicht aus thermisch beständigem Material (beispielsweise ein offen gewebtes Material, das aus dem zum Ketten verwendeten Garn hergestellt ist) auf ein oder beide Seiten der Bahn aus anorganischen Pasern gelegt werden, bevor das -Ketten durchgeführt wird.

Bei einigen Typen von Sicherheitsmaterialien ist es beispielsweise nützlich, ein organisches Material als äußeren Belag vorliegen zu haben, um eine gesonderte Abriebbeständigkeit, während des Gebrauchs bei normalen Temperaturen zu erzielen. So kann die Schicht aus thermisch beständigem Material nicht nur eine verbesserte Festigkeit in der Schußrichtung ergeben, sondern der Struktur auch eine zusätzliche Abriebbeständigkeit erteilen. Für diesen Zweck besteht die Schicht aus thermisch beständigem Material, vorzugsweise aus einem abriebbeständigen Tuch. Geeignete Tücher, die sowohl abriebbeständig als auch thermisch beständig sind, sind beispielsweise das'Nomex-Tuch und polymerbeschichtete Glastücher, wie z.B. das Glastuch, das im Handel als* Fiber coat¹¹ erhältlich ist.

Die erfindungsgemäßen Strukturen können für die verschiedensten Anwendungen herangezogen werden, wo eine thermische Stabilität und Isolation wichtig Ist. So können die Strukturen als Basis für Sicherheitsmaterialien verwendet werden,

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die in Schutzkleidung und in Plugzeugpolstern verwendet werden. Die Strukturen können in verschiedenen Kombinationen mit ähnlichen Strukturen oder anderen Materialien, wie z.B. organischen Pasern, beispielsweise in einer Sandwich-Konstruktion, verwendet werden.

Aufgrund ihrer hohen Stabilität, ihrer Schrotfreiheit und ihrer thermischen Isolationseigenschaften eignen sich die anorganischen Fasern, die als "Saffil"-Aluminiumoxidoder Zirkoniumoxidfasern erhältlich sind, besonders für die Erfindung. Es wird Jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere anorganische Fasern, wie z.B. keramische Pasern, beispielsweise Aluminosilicatfasern, die unter den Warenzeichen "Kaowool", "Pibrefax¹¹ und "Kerlane" erhältlich sind, ebenfalls für bestimmte Anwendungen herangezogen werden können.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer wärmebeständigen Paserstruktur, welches dadurch ausgeführt wird, daß man eine Bahn aus organischen Fasern mit einem Garn kettet, das aus einer thermisch beständigen Paser besteht.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine "Saffil"-Zirkoniumoxidfaserbahn wurde mit einem Glasgarn, das mit PTFE beschichtet war (im Handel als Tygaflor erhältlich) zusammengekettet.

Die verwendete Ausrüstung war eine Arachne-Maschine mit 10 Nadeln je 25 mm. Die Maschine war so eingestellt, daß

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sie 8 Stiche je 25 mm in der Kettenrichtung machte. Zwei unterschiedliche Grundstichkonstruktionen wurden verwendet, ein Kettenstich und ein Trikotstich. Der Trikotstich war der bessere der beiden, da er dem Produkt nach der Entfernung des Scrims durch Erhitzen eine zweidimensionale Stabilität verlieh.

Ein offen gewebter Nylonscrim mit einem Gewicht von etwa 56 g/m wurde auf der Oberseite und der Unterseite der anorganischen Bahn während des Kettverfahrens verwendet.

Bei Verwendung eines einzigen Scrims nur am Boden wurde festgestellt, daß das Material ebenfalls verarbeitet werden konnte, wobei nur eine sehr leichte Faserschädigung auf der oberen Oberfläche auftrat.

Eine Probe des Materials (mit dem doppelten Scrim) wurde 30 min in einen Ofen eingebracht, der eine Temperatur von 75O⁰C aufwies. Der Scrim und der Belag auf dem Garn wurden entfernt, aber die Maschen blieben intakt. Es trat keinerlei Verlust der Flexibilität der Struktur auf.

Eine weitere Probe wurde einer Bunsenflamme auf nur einer Seite ausgesetzt. Der freiliegende Scrim brannte ohne Flamme ab. Auch hier blieben die Maschen intakt.

Beispiel 2

Ein zusammengesetztes Material wurde hergestellt, das demjenigen von Beispiel 1 ähnlich war, wobei aber einer der Scrims durch ein Nomex-Tuch (170 g/m ) ersetzt wurde.

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Wenn dieses Material mit der "Saffil"-Seite einer Flamme ausgesetzt wurde, dann blieb das Nomex unbeeinflußt. Die Maschen blieben intakt. Wenn die Nomex-Seite der Flamme ausgesetzt wurde, dann wurde das Nomex zunächst schwarz und verkohlte. Es brannte nur, wenn die Flamme eine gewisse Zeit dort belassen wurde. Das "Saffil" blieb unbeeinflußt.

Beispiel 3

Eine "Saffilⁿ-Zirkoniumoxidfaserbahn wurde mit einem Incaloy-Garn zusammengekettet.

Die verwendete Vorrichtung war eine Arachne-Maschine mit 10 Nadeln Je 25 mm. Die Maschine war auf 6 Maschen Je 25 mm in Kettenrichtung eingestellt. Sie wurde mit einem Garn aus Incaloy-DS-Fäden (36 Gauge) beliefert. Eine 51 cm breite Bahn aus "Saffil"-Zirkoniumoxidfasern, die auf beiden Oberflächen durch ein gebundenes Nylonvlies mit einem Gewicht von ungefähr 18 g/m geschützt war, wurde durch die Maschine hindurchgeführt,die mit einer langsamen Geschwindigkeit lief. Das Material wurde weltgehend ohne Faserschädigung verarbeitet.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Wärmebeständige Paserstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Bahn aus anorganischen Pasern besteht, die mit einem Garn aus einer thermisch beständigen Paser zusammengekettet bzw. zusammengenäht ist.
2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn einen Denier zwischen 90 und 2000 aufweist.
3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das- Garn einen Denier zwischen 500 und 1500 aufweist.
4. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn eine Bruchfestigkeit von mehr als 4,5 kg aufweist.
5. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn aus einer thermisch beständigen organischen Faser besteht.
6. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn aus einem anorganischen Garn besteht.
7. Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn aus einem Metallfaden besteht.
8. Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn aus einem Siliziumdioxid- oder Glasgarn besteht.

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9. Struktur nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn mit einem Polymer beschichtet ist.
10. Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus Polytetrafluoräthylen besteht.
11. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus anorganischen Pasern eine Bahn aus Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxidfasern ist.
12. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus anorganischen Pasern weitgehend schrotfrei ist.
13· Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scrim aus einer thermisch abbaubaren Faser auf einer oder beiden Seiten der Bahn aus anorganischen Fasern unterhalb der Maschen liegt.
14. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem thermisch beständigen Material auf ein oder beiden Selten der Bahn aus anorganischen Pasern unterhalb der Maschen liegt.
15- Verfahren zur Herstellung einer wärmebeständigen Faserstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Bahn aus anorganischen Pasern mit einem Garn aus einer thermisch beständigen Faser zusammenkettet bzw. zusammennäht.

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16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Garn mit einem Polymer beschichtet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem thermisch beständigen Material auf eine oder beide Seiten der Bahn aus organischen Fasern gelegt wird, bevor das Ketten bzw. Nähen durchgeführt wird.

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