DE2735063B2

DE2735063B2 - Faserbahn aus Mikrofasern und Stapelfasern

Info

Publication number: DE2735063B2
Application number: DE2735063A
Authority: DE
Inventors: Edward R. St. Paul Minn. Hauser (V.St.A.)
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1979-12-13
Also published as: FR2360701B1; CA1073648A; JPS6130065B2; JPS5341577A; US4118531A; KR810001760B1; FR2360701A1; SE7708710L; DE2735063A1; DE2735063C3; AU2745777A; HK42281A; GB1579568A

Description

Faserbahnen aus Mikrofasern von im Mittel weniger als ΙΟμιτι Durchmesser und Stapelfasern größeren Durchmessers, die regellos miteinander vermischt und verworren sind, sind z.B. aus der US-PS 30 16 599 bekannt. ·)<>

Die Bahnen aus Mikrofasern nach dem Stand der Technik haben als Wärmeisolierung eine nur begrenzte Nutzbarkeit. Dies gilt, obgleich man in der Vergangenheit die Wärmeisolierung fast routinemäßig in die Liste potentieller Anwendungen von Mikrofasern aufgenom- -r> men hat — vgl. die sich mit geblasenen Mikrofasern befassende Literatur wie beispielsweise die US-PS 24 64 301, die US-PS 29 88 469 und die US-PS 38 49 241 (geblasene Mikrofasern sind sehr feine diskontinuierliche Fasern, die man herstellt, indem man ein -,0 verflüssigtes faserbildendes Material durch öffnungen in einer Düse in einen sehr schnellen Gasstrom ausbläst, wo das ausgepreßte Material zunächst von dem Gasstrom gebremst wird und sich dann zu einer Fasermasse verfestigt) oder die US-PS 33 88 194, die y, Mikrofasern beschreibt, die durch Schleuderspinnen ausgebildet werden. Diese Berichte geben keine Wärmeisolierwerte für eine Bahn aus Mikrofasern an, scheinen aber vorauszusetzen, daß sich eine neue Faserbahn zur Wärmeisolierung einsetzen läßt. hi

In der Tat bieten Mikrofaserbahnen bisher nicht mögliche Isolierwerte. Beispielsweise ergibt eine einen Zentimeter dicke Bahn aus geblasenen Polypropylen-Mikrofasern einen Wärmewiderstand von 1,8 clo — im Gegensatz zu den etwa 0,9 clo, die eine einen μ Zentimeter dicke Bahn aus handelsüblichen Polyesterstapelfasern ergibt. Ο (Fußnoten und Meßverfahren sind am Ende der Beschreibung aufgelistet.)

Trotz dieser einmaligen Isolierwerte sind vorhandene Mikrofaserbahnen für die Wärmeisolierung nur beschränkt einsatzfähig, da sie, nachdem sie eine normale Kompression ausgesetzt waren, schwerer sind als alternative Arten von Faserisolierungen. Diese Schwere ist eine natürliche Folge des Wesens der Mikrofasern — ihre sehr geringe Größe und Anpassungsfähigkeit bewirken, daß die Mikrofasern sich zu einer dichten feinporigen Bahn zusammensetzen. Beispielsweise ist eine einen Zentimeter dicke Bahn aus geblasenen Mikrofasern etwa fünfmal so schwer wie eine einen Zentimeter dicke Bahn aus handelsüblichen Polyesterstapelfasern. Selbst wenn eine Bahn aus geblasenen Mikrofasern nur der halben Dicke einer Bahn aus Polyesterstapelfasern verwendet wird, um etwa den gleichen Wärmeisolationswiderstand zu erzeugen, ist die geblasene Mikrofaserbahn dennoch etwa zweieinhalbmal so schwer wie die Polyesterstapelfaserbahn.

Ist das Gewicht nur zweitrangig (beispielsweise bei Handschuh- und Stiefelisolierungen), können dünne dichte geblasene Mikrofaserbahnen sehr nützlich sein. Ist das Gewicht jedoch wesentlich, wie beispielsweise bei isolierten Waren wie Mänteln, Snowmobilanzügen, Schlafsäcken und dergl., wird man vorhandene Mikrofaseibahnen vermeiden. Da die oben erwähnten Einsatzfälle wesentlich sind, ist der Ausschluß der Mikrofasern von diesen Anwendungen eine erhebliche Einschränkung ihres Nutzens auf dem Gebiet der Wärmeisolierung.

Die oben genannten US-PS 24 64 301 und 29 88 469 lehren zwar auch das Mischen von klebrigen geblasenen Mikrofasern mit vorgeformten Fasern zur Bildung einer verklebten Bahn. Die US-PS 30 16 599 richtet sich auf ein Verfahren zum gleichmäßigen Mischen von Mikrofasern und Stapelfasern zur Bildung einer Verbundbahn. Schließlich lehrt die US-PS 35 32 800 papierartige Produkte, die als elektrische Isolation für Kabel brauchbar sind und durch Mischen von Mikrofasern mit Stapelfasern erzeugt werden. Keine dieser Lehren nach dem Stand der Technik betrifft jedoch bauschige federnde Produkte auf Mikrofaserbasis.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Mikrofaser enthaltende Faserbahn zu entwickeln, die bei mäßigem Gewicht einen hohen Wärmewiderstand pro Dickeneinheit aufweisen soll. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Faserbahn aus Mikrofasern von im Mittel weniger als 10 μπι Durchmesser und Stapelfasern größeren Durchmessers, die regellos miteinander vermischt und verworren sind, wobei erfindungsgemäß die Stapelfasern gekräuselte Bauschfasern mit einem Mindestwert der Einkräuselung von etwa 15% sind, die Mikrofasern und die gekräuselten Bauschfasern in einem Gewichtsverhältnis zwischen etwa 1 :9 und 9 : 1 vorliegen, und daß die Faserstruktur elastisch zusammendrückbar ist und ein spezifisches Volumen von mindestens 30 cmVg aufweist.

Die gekräuselten Bauschfasern wirken als Trennkörper in der Bahn, die die Mikrofasern voneinander trennen und eine luftige elastische Bahn erzeugen, die in der Lage ist, ein wesentlich größeres Volumen auszufüllen als herkömmliche Mikrofaserbahnen. Entsprechend ist die Dichte der Verbundbahn wesentlich geringer als die einer herkömmlichen Mikrofaserbahn. Trotz der Verdünnung der Bahn mit Bauschfasern und der Lockerung bzw. Öffnung der Bahn, die diese Fasern bewirken, bleibt der Wärmewiderstand pro Dickeneinheit der gleiche oder sinkt nur geringfügig im Vergleich

zu einer insgesamt aus Mikrofasern bestehenden Bahn. Da eine Verbundbahn nach der vorliegenden Erfindung dicker als eine durchweg aus Mikrofasern bestehende Bahn mit dem gleichen Gewicht an Mikrofasern ist, ist der gesamte Wärmewiderstand der Bahr von Fläche zu Fläche höher als der einer nur aus Mikrofasern bestehenden Bahn.

Pro Gewichtseinheit liefert die Verbundbahn wesentlich mehr Isolation als eine reine Mikrofaserbahn. Dieser Vorteil führt zu dem Konzept des thermischen Isolierwirkungsgrades pro »Gewichtseinheit«, der gleich dem Wärmewiderstand einer Probe in clo pro Gewichtseinheit und Volumeneinheit ist. Bahnen der Erfindung weisen höhere Werte des gewichtsbezogenen Wärmeisolierwirkungsgrades auf als irgendeine andere bekannte Faserbahn.

Der Grund für die hohen Isolierwerte, die die Mischfaserbahnen nach der vorliegenden Erfindung zeigen, ist noch nicht vollständig durchschaut. Die wahrscheinlichste Erklärung basiert auf der Tatsache, daß eine Faser eine dünne, sie berührende Luftschicht gegen Bewegung festhält Da die Oberfläche von Mikrofasern größer als von größeren Fasern — bspw. Polyesterstapelfasern — ist, können die Mikrofasern mehr Luft festhalten. Diese Drosselung der Luftbewegung bewirkt eine geringere Wärmeübertragung innerhalb einer Mikrofasern enthaltenen Bahn. Obgleich der Mikrofaseranteil in einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung geringer als in einer nur aus Mikrofasern bestehenden ⁿ->hn ist, wird offenbar genug Luft zurückgehalten, um den Wärmewiderstand pro Dickeneinheit der Bahn vergleichbar mit dem einer nur aus Mikrofasern bestehenden Bahn zu machen. Wenn die Mikrofasern von den Lockerungsfasern in der Bahn nach der vorliegenden Erfindung »geöffnet« bzw. beabstandet werden, wird die Oberfläche der Fasern wirkungsvoller ausgenutzt, so daß mehr Luft festgehalten und damit der Wärmedurchgang weiter reduziert werden kann.

Unabhängig von der Erklärung stellt die Erfindung jedoch einen wesentlichen Fortschritt bei der Nutzung von Mikrofasern dar. Eine praktische Auswirkung dieses Fortschritts ist wie folgt: Eine typische Bahn nach der vorliegenden Erfindung, die die halbe Dicke und ein geringeres Gewicht als handelsübliche Bahnen aus Polyesterstapelfasern aufweist, kann den gleichen Wärmewiderstand wie die Polyesterbahn liefern. Eine mit einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung isolierte Jacke kann daher dünner und leichter als eine mit einer Bahn aus Polyesterstapelfasern isolierte Jacke, dennoch aber gleich warm sein. Das geringere Volumen und das geringere Gewicht sind wesentliche Effekte und bedeuten, daß das erste Mal Mikrofasern nunmehr einen wesentlichen Vorteil in breiten Gebieten der Isolieranwendungbieten.

Die Bauschigkeit und Elastizität werden in den Bahnen nach der vorliegenden Erfindung durch die gekräuselten Bauschfasern erreicht, die mit den Mikrofasern gründlich dispergiert und durchmischt werden, und keine der Vorveröffentlichungen nach dem Stand der Technik lehrt eine solche Fasermischung. Die Verwendung gekräuselter Fasern in den Verfahren nach den Veröffentlichungen würde eine mechanische Kraft erfordern, die die Fasern voneinander trennt. In Anwesenheit einer solchen Einrichtung würde man nach diesen Verfahren Bahnen erhalten, in denen isolierte Konzentrationen oder Klumpen gekräuselter Fasern vorliegen. Derartige Klumpen tragen zu einer bauschigen Mischung auf Mikrofaserbasis nicht bei, die den Bahnen nach der vorliegenden Erfindung spezielle Eigenschaften erteilt, und Wärmeenergie wird durch solche Klumpen auch schneller hindurchtreten.
Bekannte Mikrofaserbahnen sind verklebte Bahnen. Diese Bindung, d. h. die Faser-Faser-Klebung infolge des Zusamrr.enbringens der Fasern, während die Mikrofasern klebrig sind, ist für Bahnen nach der vorliegenden Erfindung besonders wenig erwünscht, die

iü als Wärmeisolierung für Bekleidungsstücke, Schlafsäcke und dergl. eingesetzt werden soll. Ungeklebte Faserstrukturen nach der vorliegenden Erfindung, die erheblichen Vorzug genießen, sind hervorragend anpassungsfähig, fallen gut und haben einen guten Griff, so daß sie auf dem Gebiet der Wärmeisolierung noch attraktiver werden.

Die F i g. 1 ist eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung zur Herstellung von Bahnen nach der vorliegenden Erfindung; und F i g. 2 ist ein Seitenriß repräsentativer gekräuselter Bauschfasern, die für Bahnen nach der vorlegenden Erfindung eingesetzt werden können.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung, die zur Herstellung einer Bahn nach der

r> vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Diese Vorrichtung stellt Bahnen aus aus der Schmelze geblasene;) Mikrofasern (durch Extrudieren geschmolzenen faserbi'denden Materials hergestellt, wie sie für viele Bahnen nach der Erfindung bevorzugt sind) her. Es

in lassen sich jedoch auch aus der Lösung geblasene und andere Arten von Mikrofasern herstellen. Der die Mikrofasern blasende Teil der dargestellten Anordnung kann herkömmlich sein, wie er beispielsweise in Wente, Van A., »Superfine Thermoplastic Fibers« in der

j) Zeitschrift Industrial Engineering Chemistry Bd. 48, 1342 ff. (1956) offenbart ist. Eine solche Konstruktion weist eine Düse 10 mit einer Auspreßkammer Jl auf, durch die verflüssigtes faserbildendes Material vorgetrieben wird. Die Düsenöffnungen 12 sind zu einer Reihe

w über das Vorderende der Düse angeordnet; durch sie wird das verflüssigte faserbildende Material ausgepreßt. Durch die öffnungen 13 wird das bei ein Gas wie beispielsweise erwärmte Luft mit hoher Geschwindigkeit hindurchgedrückt. Diese sehr schnelle Gasströ-

]-, mung zieht das extrudierte faserbildende Material aus und verlangsamt es, so daß das faserbildende Material während des Flugs auf eine Auffangelement 14 sich zu Mikrofasern verfestigt. Bei dem Auffangelement 14 handelt es sich typischerweise um ein Netz mit sehr

,Ii kleinen öffnungen, das in diesem Beispiel als Endlosgurt vorliegt, aber auch alternative Formen annehmen kann — wie beispielsweise als Trommel oder Zylinder oder flacher Schirm. Hinter dem Auffangelement kann eine Saugeinrichtung angeordnet sein, die die Ablagerung

v> der Fasern und das Abziehen des Gases unterstützt.

Die gekräuselten Bauschfasern werden in die Strömung aus geblasenen Mikrofasern in der beispielhaften Vorrichtung der F i g. 1 unter Verwendung einer Reißrolle 16 eingeführt, die sich über der Faserblasein-

bii richtung befindet. Eine Bahn 17 aus Lockerungsfasern, bei der es sich typischerweise um eine lockere nichtgewebte Bahn hindelt, wie sie auf einer Garnette oder einem Rando-Vi ebber entsteht, wird entlang einem T^;<:ch 16 unter einer Antriebsrolle 19 hindurch

hi vorgetrieben. Die Reißrolle dreht in Richtung des Pfeils und reißt Fasern von der Auflaufkante der Bahn 17 ab, wobei sie die Fasern voneinander trennt. Die abgerissenen Fasern werden in einer Luftströmung durch eine

geneigte Wanne oder durch einen solchen Kanal 20 in den Strom geblasener Mikrofasern befördert, wo sie sich mit den geblasenen Mikrofasern mischen. Der Luftstrom wird durch die Drehung der Reißrolle erzeugt. Man kann den Luftstrom auch durch ein Hilfsgebläse durch einen Kanal 21 verstärken, wie aus dem Stand der Technik bekannt.

Der gemischte Strom aus Mikro- und Bauschfasern bewegt sich weiter zum Auffangelement 14, wo die Fasern eine Bahn 22 aus regellos vermischten und verwirrten Fasern bilden. Bei genauer Untersuchung stellen sich die Mikro- und gekräuselten Bauschfasern als gründlich vermischt heraus; beispielsweise ist die Bahn frei von Klumpen aus gekräuselten Fasern, d. h. ist frei von Ansammlungen vieler Kräuselfasern mit Durchmessern von einem Zentimeter oder mehr, wie sie sich einstellen würden, wenn ein gehackter Abschnitt eines mehrendigen Taus aus gekräuseltem Faden ungetrennt bleibt oder wenn gekräuselte Fasern vor dem Einführen in einen Mikrofaserstrom sich zusammenballen. Die Bahn 22 wird vom Auffangelement abgeschält und typischerweise zu einer Lagerrolle aufgewickelt. Danach kann die Bahn zugeschnitten oder verarbeitet werden, wie es für Mikrofasern geeignet ist.

Die hergestellte Verbundbahn kann aus einer einzigen Schicht, die mit der gezeigten Vorrichtung abgelegt wurde, oder aus mehreren Schichten bestehen (wobei die Schichten typischerweise mindestens bei oberflächlicher Prüfung voneinander nicht zu unterscheiden sind). Derartige Produkte lassen sich ausbilden, indem man entweder die hergestellte Bahn ein- oder mehrmals unter einer Misch- und Ablagevorrichtung durchlaufen läßt, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist, oder entlang dem Auffanggurt zusätzliche Misch- und Ablagevorrichtungen anordnet.

Die Isoliergüte von Mikrofasern hängt im allgemeinen nicht von dem Material ab, aus dem sie hergestellt sind, und Mikrofasern, die für die Erfindung brauchbar sind, lassen sich aus praktisch jedem faserbildenden Material herstellen. Beispielhafte Polymerisate für die Herstellung schmelzgeblasener Mikrofasern sind Polypropylen, Polyäthylen, Polyäthylenterephthalat, PcIyamide und andere aus dem Stand der Technik bekann.e Polymerisate. Brauchbare Polymerisate für die Bildung von Mikrofasern aus der Lösung sind beispielsweise Polyvinylchlorid, Acrylmaterialien und Acrylmischpolymerisate. Polystyrol und Polysulfon. Auch anorganische Stoffe bilden brauchbare Mikrofasern.

Je feiner die Mischfasern in einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung, desto besser der Wärmewiderstand. Geblasene Mikrofasern lassen sich bequem in Durchmessern von weniger als einem Mikrometer herstellen. Um brauchbare Bahnen auszubilden, sollte das Verhältnis Länge zu Durchmesser nach unendlich gehen, obgleich geblasene Mikrofasern als diskontinuierlich bekannt sind.

Gekräuselte Fasern, die also über ihre Länge kontinuierlich wellenförmig, gekräuselt oder gezackt verlaufen, sind für die Verwendung als Bauschfasern in einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung in mehreren unterschiedlichen Formen erhältlich. Die Fig.2 zeigt drei repräsentative Arten bekannter Kräuselfasern: die Fig.2(a) zeigt eine allgemein ebene, regelmäßig gekräuselte Faser, wie man sie durch Falten der Fasern mit einem Sägezahnrad erhält. Die F i g. 2(b) zeigt regellos gekräuselte Fasern (regellos bezüglich der Ebene, in der die Wellung auftritt, und bezüglich des Abstands und der Amplitude der Faltung), wie man sie beispielsweise in einer Stauchkammer herstellt. Die F i g. 2(c) schließlich zeigt eine schraublinienförmig gekräuselte Faser, wie sie beim sogenannten »Agilon«- Verfahren anfällt. Die dreidimensionalen Fasern, die die F i g. 2(b) und 2(c) zeigen, tragen im allgemeinen zu einer größeren Bauschigkeit einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung bei. Es lassen sich aber gute Bahnen nach der vorliegenden Erfindung auch mit anderen Kräuselfasern herstellen.

Die Anzahl der Kräuselbögen (vgl. Struktur 23 in F i g. 2(a), (b) und (c)) pro Längeneinheit kann für die Bauschfasern, die für die vorliegende Erfindung brauchbar sind, in weiten Grenzen unterschiedlich sein. Je größer im allgemeinen die Anzahl von Faltungen pro Zentimeter (gemessen, indem man eine Faserprobe zwischen zwei Glasplatten legt, die Anzahl der vollständigen Wellenperioden über eine Länge von 3 cm auszählt und das Ergebnis durch 3 teilt), desto besser die Bauschigkeit der Bahn. Fasern mit größerem Durchmesser ergeben jedoch eine gleich bauschige Bahn bei weniger Faltungen pro Längeneinheit als eine Faser mit geringerem Durchmesser. Die folgende Tabelle zeigt, daß eine Variation möglich ist; sie gibt die angenäherten Bogenzahlen an, die derzeit für eine Faser mit vorgegebenem Durchmesser bevorzugt sind.

Fasergröße	Bogenzahl
(Decitex)	(Faltungen/cm)
3- 20	3-6
20- 40	2-5
40-100	1-3
100-400	1-2

Die Verarbeitbarkeit mit einer Reißrolle ist gewöhnlich bei Fasern mit geringerem Durchmesser mit hoher

4Ii Bogenzahl pro Längeneinheit besser. Die in der Erfindung verwendeten Lockerungsfasern weisen allgemein im Mittel mehr als etwa eine halbe Faltung pro Zentimeter auf, und da die Lockerungsfasern selten mehr als 40 Decitex aufweisen, sind Fasern mit einer -, Bogenzahl von mindestens etwa 2 pro cm bevorzugt.

Gekräuselte Fasern unterscheiden sich auch nach der Amplitude oder Tiefe der Wellung. Obgleich es schwer ist, die Amplitude der Wellung mit numerischen Werten gleichmäßig zu kennzeichnen, da viele Fasern regellos

so sind, läßt sich die Amplitude durch die »Einkräuselung« angeben, die definiert ist als der Unterschied zwischen der ungekräuselten Länge der Fasern (nach dem vollständigen Strecken einer Probenfaser) und der gekräuselten Länge (gemessen unter Aufhängen der Probefaser mit an einem Ende angebrachtem Gewicht von 2 mg pro Decitex der Faser, so daß die Biegunger der Faser mit großem Radius gestreckt werden), geteilt durch die gekräuselte Länge und mit 100 multipliziert Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Bauschfasern zeigen eine Einkräuselung von mindestens etwa 15% und vorzugsweise mindestens etwa 25%. Um die Verarbeitungsschwierigkeiten bei einer Reißrolle mit den Fasern der F i g. 2(a) und 2(b) so gering wie möglich zu halten, beträgt die Einkräuselung vorzugsweise weniger als etwa 50%; die Verarbeitung vor schraublinienförmig gekräuselten Fasern (vgl. Fig.2(c] erfolgt jedoch am besten mit einem Kräuselgrad vor mehr als 50%.

Die Bauschfasern sollen im Minimum eine mittlere Länge aufweisen, die ausreicht, um mindestens eine vollständige Welle und vorzugsweise mindestens drei oder vier Wellen aufzunehmen. Bei Verwendung von Vorrichtungen wie Reißrollen sollten die Bauschfasern im Mittel eine Länge von etwa 2 bis 15 cm aufweisen, vorzugsweise weniger als etwa 7 bis 10 cm.

Gekräuselte Polyester-Stapelfasern sind leicht verfügbar und bieten nutzbare Eigenschaften. Andere brauchbare Fasern sind Acrylfasern, Polyolefine, Polyamide, Kunstseide, Acetate usw. Auch Naturfasern lassen sich verwenden. Bahnen nach der vorliegenden Erfindung haben den besten Widerstand gegen Kompression und den höchsten gewichtsspezifischen Wärmeisolierwirkungsgrad, wenn die Bauschfasern mäßig steif sind, d. h. eine Biegesteife von 1,5 χ 10"⁴ g · cm²/tex oder mehr aufweisen (vgl. W. E. Morton and Hearle, »Physical Properties of Textile Fibers«, Butterworth, London, 1962, S. 380-383).

Vorzugsweise haben die Bauschfasern eine Biegesteife von mindestens 3,5xlO-⁴g · cm²/tex. Die Bahnen nach der Erfindung können jedoch eine Vielzahl von Bauschfasern, wie auch mehr als eine Art von Mikrofasern enthalten.

Je feiner die Stapelfasern, desto höher der Wärmeisolierwirkungsgrad einer Mischfaserbahn; die Bahn läßt sich jedoch im allgemeinen leichter komprimieren, wenn die Stapelfasern eine niedrige Denierzahl haben. Sehr häufig haben die Bauschfasern Größen von mindestens 3 Decitex und vorzugsweise mindestens 5 Decitex, was angenähert Durchmessern von etwa 15 bzw. 25 μπι entspricht.

Die Menge der gekräuselten Bauschfasern, die man mit den Mikrofasern zu einer Verbundbahn nach der vorliegenden Erfindung mischt, hängt von dem Einsatz ab, dem man die Bahn zuführen will. Im allgemeinen sind mindestens 10 Gew.-% der Mischung Bauschfasern, um das gewünschte niedrige Gewicht für einen vorgegebenen Wärmewiderstand zu ergeben; bevorzugt wird mindestens ein Anteil von 25 Gew.-% der Mischung an Bauschfasern. Um andererseits einen guten Isolierwert — insbesondere bei der gewünschten geringen Dicke — zu erreichen, machen die Mikrofasern mindestens 25 und vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% der Mischung aus. Für andere Zwecke als die Wärmeisolierung können die Mikrofasern auch in geringeren Mengen einsetzbar sein, obgleich sie im allgemeinen mindestens zu 10 Gew.-°/o der Mischung vorliegen. Mit anderen Worten: Das Gewichtsverhältnis der Mikrofasern zu den Bauschfasern in den Bahnen nach der vorliegenden Erfindung, die als Wärmeisolierung eingesetzt werden sollen, beträgt im allgemeinen zwischen 9 :1 und 3 :' und vorzugsweise zwischen 3 :1 und 1:1, obgleich für andere Zwecke das Verhältnis der Mikro- zu den Bauschfasern bis zu 1 :9 reichen kann.

Die Bahnen nach der vorliegenden Erfindung lassen sich in jeder gewünschten Dicke herstellen, abhängig wiederum von der Art des Einsatzes, wobei eine bequeme Dicke zwischen etwa 4 und 100 mm liegt Die Bauschigkeit bzw. Dichte (2) der Bahn kann auch dem Einsatz entsprechend unterschiedlich sein, obgleich im allgemeinen die Bahnen eine Bauschigkeit von mindestens etwa 30 cmVg und vorzugsweise von mindestens 50 cm³/g aufweisen.

Die Mischfaserbahnen nach der vorliegenden Erfindung sind elastisch, so daß sie, nachdem man sie unter Druck gelagert und dann freigegeben hat, schnell wieder einen wesentlichen Teil ihrer früheren Dicke annehmen. Die Bedingungen für den militärischen Anwendungssektor verlangen, daß Faserisolierbahnen für Bekleidungsstücke, Schlafsäcke u. dgl. nach einer 24stündigen Belastung mit einem Druck von 0,4 kg/cm² die Ausgangsdicke zu 90% wieder annehmen müssen, und zwar innerhalb einer Stunde nach dem Abnehmen der Last. Die Bahnen nach der vorliegenden Erfindung erfüllen diese Bedingung im allgemeinen.

Die Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung

κι können zusätzlich zu den Mikro- und den gekräuselten Bauschfasern kleine Mengen anderer Bestandteile enthalten. Beispielsweise können Faserappreturen aufgesprüht werden, um das Anfaßgefühl und den Griff zu verbessern. Weiterhin kann man feste Teilchen oder ungekräuselte Mikrofasern in die Bahnen aufnehmen (vgl. die Einbringungsverfahren nach der US-PS 39 71 373), um Eigenschaften zuzufügen, die diese Teilchen oder Fasern erteilen. Die der Bahn zugefügten Feststoffe befinden sich im allgemeinen in den Zwischenräumen der Faserbahn aus den Mikro- und den gekräuselten Bauschfasern und werden in einer Menge zugegeben, die den Zusammenhalt oder die Integrität der Faserbahn nicht beeinträchtigt oder unterbricht. Das Gewicht der Faserbahn ohne die Zusätze ist als »Basisgewicht« bekannt. Diese Faserbahn, gebildet aus den Mikrofasern und den gekräuselten Bauschfasern, zeigt die elastische Bauschigkeit einer zusatzfreien Bahn nach der vorliegenden Erfindung. Die Bauschigkeit dieser Basisfaserbahn läßt sich bestimmen, indem man

3d den Verfahrensbedingungen folgt, die zur Herstellung der Bahn mit Zusätzen gelten, die Zusätze jedoch fortläßt, und dann die Bauschigkeit der resultierenden Faserbahn mißt.

Zusätze wie Farbstoffe und Füllstoffe können den Bahnen nach der vorliegenden Erfindung zugefügt werden, indem man sie der faserbildenden Flüssigkeit der Mikrofasern oder der gekräuselten Bauschfasern hinzufügt. Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung können selbst oder in Kombination mit anderen Bogenmaterialien eingesetzt werden — beispielsweise bei Bekleidungsstücken mit einem Futter. Zusätzlich kann die Bahn nach der Herstellung weiterverarbeitet (beispielsweise gesteppt) werden, um ihre Behandlungseigenschaften für die Verwendung in Kleidungsstücken zu verbessern.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert werden.

Beispiele 1-4

so Eine Serie von Mischfaserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurde auf einer Vorrichtung entsprechend der F i g. 1 aus geblasenen Polyäthylenterephthalat-Mikrofasern mit 0,7 ... 1,8 μΐη Durchmesser und 13 Decitex sowie 3,4 cm langen Polyäthylenterephthalat-

Stapelfasern mit einer Einkräuselung von 40% hergestellt Es wurde eine Serie von Bahnen hergestellt mit 12 Gew.-% Stapelfasern (Beispiel 1 in der Tabelle unten), 25% Stapelfasern (Beispiel 2), 41 Gew.-% Stapelfasern (Beispiel 3) und 65 Gew.-% Stapelfasern (Beispiel 4),

Rest jeweils geblasene Mikrofasern. Die Bahnen waren 1,2 cm dick und hatten die Bauschigkeitswerte der Tabelle I. Der Wärmewiderstand der Bahnen, nach dem Verfahren 2 der Fußnote 1 gemessen, sowie der Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit für jede dieser Proben sind in der Tabelle I zusammengefaßt Zum Vergleich enthält die Tabelle auch die Vergleichsbeispiele A und B, wobei A eine Bahn aus 100 Gew.-% geblasenen Polypropylen-Mikrofasern mit im

Mittel 1 ... 2 μίτι Durchmesser und einer Dicke von 1,2 cm sowie einer Bauschigkeit von 21 cmVg und B eine handelsübliche Bahn aus Polyesterstapelfasern (6,3 Decitex, 5,5 cm lang, 40% Einkräuselung) sind. Die Absolutwerte des Wärmewiderstands für die Ver-

10

gleichsbeispiele A und B wurde auf einer geschützten Wärmeplatte (Verfahren 1 der Fußnote 1) bestimmt und dann zum Eichen des Wasserkalorimeters verwendet, mit dem die restlichen Ergebnisse ermittelt wurden.

Tabelle I Beispiel

Bauschigkeit

(cm7g)

Wärniewiderstand

(clo/cm)

Gewichtsspezifischer Wärmeisolierwirkungsgrad

(X 10~³ clo.m²/g)

A	21	1,8	3,8
1	52	1,85 z	9,6
2	71	1,85	13,2
3	72	1,77	12,7
4	71	1,34	9,6
B	104	0,9	9,0

Beispiele 5 — 7

Drei unterschiedliche Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurden mit der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung aus schmelzgeblasenen Polypropylen-Mikrofasern mit im Mittel 1 ... 2 μηι Durchmesser mit einigen im Bereich 6... 8 μπι) und Polyäthylenterephthalatfasern in drei unterschiedlichen Durchmessern hergestellt. Im Beispiel 5 hatten die Polyäthylenterephthalatfasern 7 Decitex (25 μπι Durchmesser), eine Länge von 5,1 cm und eine Einkräuselung von 45%. Im

Tabelle II

Beispiel 6 hatten die Fasern 13 decitex (34μπι), eine Länge von 3,4 cm und eine Einkräuselung von 40%.

Im Beispiel 7 hatten die Fasern 60 Decitex (74 μπι), eine Länge von 6 cm und eine Einkräuselung von 25%. Die Stapelfasern lagen in den in der Tabelle II angegebenen Mengen vor. Der Wärmewiderstand der Verbundbahnen der Beispiele 5 und 6 wurde nach dem Verfahren 1 der Fußnote 1 und der der Bahn des Beispiels 7 nach dem Verfahren 2 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengefaßt.

Beispiel

Stapelfasern

(Gew.-%)

Bauschigkeit (cm-Vg)

Wärmewiderstand

(clo/cm)

Wärmeisolierwirkungsgrad
pro Gew.-Einheit

(X 10 '·' clo.nr/g)

5	37	78	1,8	14
6	34	94	1,8	17
7	31	76	1,7	13

Beispiele 8-10

Mischfaserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurden in einer Vorrichtung hergestellt, wie sie allgemein in der F i g. 1 dargestellt ist, und zwar aus Polyäthylentereohthalat-Stapelfasern mit 18 Decitex (40 μπι), 3,8 cm Länge und einer Einkräuselung von 34% sowie Mikrofasern, von denen 70% einen Durchmesser von 0,8 μπι oder weniger und 30% einen Durchmesser

zwischen 0,8 und 2 μπι aufwiesen. Die Mikrofasern wurden aus einer Lösung von 18% Polyacrylnitril, 1% Styrol und 82% Dimethylformamid geblasen. Es wurden drei unterschiedliche Bahnen mit 10,50 bzw. 75 Gew.-% der Stapelfasern hergestellt; die Bahnen waren 1,2 cm dick. Der Wärmewiderstand und der gewichtsspezifische Wärmeisolierwirkungsgrad der Proben wurden nach dem Verfahren 1 der Fußnote 1 gemessen und hatten die in der Tabelle III angegebenen Werte.

Tabelle III Beispiel

Stapelfasern
(Gew.-%)

Bauschigkeit Wärmewiderstand

(clo/cm)

Wärmeisolierwirkungsgrad/
Gew.-E.

(X 10"³ clo.m²/g)

8	10	44	2,5	11
9	50	130	1,56	20
10	75	150	1.21	18

Beispiele 11-12

Zwei Mischfaserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurden mit aus der Schmelze geblasenen Mikrofasern mit im Mittel etwa 1... 2 μπι Durchmesser sowie Nylonstapelfasern mit 30 Decitex (52 μηι), 4,9 cm

Tabelle IV

Länge und 23% Einkräuselung hergestellt, wobei jede Bahn einen anderen Anteil Stapelfasern enthielt, wie in Tabelle IV angegeben. Die Wärmewiderstandswerte, wie auf einer geschützten Wärmeplatte (ASTM D 1518-64) gemessen, sind in der Tabelle IV ebenfalls angegeben.

Beispiel

Stapelfasern Bauschigkeit

(Gew.-%)

(cm7g)

Wärmewiderstand

(clo/cm) Wärmeisolierwirkungsgrad
pro Gew.-Einheit

(x 10"³ clo.nr/g)

11	11,5	13	60
12	18,1	81
	Beispiel

1,6 10
13

Eine Mischfaserbahn nach der vorliegenden Erfindung wurde mit aus einer Lösung von Polyacrylnitril in Dimethylformamid als Lösungsmittel geblasenen Mikrofasern, von denen 70% einen Durchmesser von 0,8 μίτι oder weniger, der Rest einen Durchmesser von 2 μΐη oder weniger hatten, sowie gekräuselten Bauschfasern in Form von Polyacrylnitril-Stapelfasern mit 3 Decitex (16μπι), 33% Einkräuselung und 3,8 cm Länge hergestellt. Die Bahn enthielt 42 Gew.-% Stapelfasern und hatte eine Dicke von 1,2 cm sowie eine Bauschigkeit von 103cm³/g. Der Wärmewiderstand, gemessen nach dem Verfahren 2, betrug 1,7 clo/cm, der Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit betrug 17,6χ 10~³ clo · m²/g. Diese Werte sind mit einem Wärmewiderstand von 0,87 clo/cm sowie einem Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit von 9,2 χ 10"³ clo · m²/g für eine Bahn aus ausschließlich den Polyacrylonitril-Stapelfasern zu vergleichen.

Fußnoten

C) »clo« ist eine Einheit des Wärmewiderstandes und definiert als die Größe des Wärmewiderstands, den ein willkürlich gewählter Standard-Bekleidungssatz bietet. Mathematisch ist er definiert als

1 clo =

(0,18° C) ■ m² · Std.
Kilokalorien

Die Werte des Warmewiderstandes in der vorliegenden Beschreibung sind nach einem der unten angegebenen zwei Verfahren bestimmt worden, die Werte von 1,8 und 0.9 im -_{| zweiten Absatz der Beschreibung nach dem Verfahren 1.

Verfahren 1

Messung auf einer geschützten Wärmeplatte nach ASTM S 1518-64, wobei die Dicke gemessen wurde, wie in Fußnote 2 unten beschrieben ist. "

Verfahren 2
Wasserkalorimeter

Drei Aluminiumzylinder mit ?fi3cm Durchmesser und 15,40 cm Höhe mit einer 3 cm dicken Isolierscheibe aus Kork _h0 auf den beiden Enden wurden mit Schichten der Prüfisolierung zu einer Dicke von 1,2 cm umwickelt, die Zylinder dann mit 476 g Wasser von 90° C gefüllt Ein Thermometer und ein Mischstab wurden in die Becher eingesetzt und jeder auf einem magnetischen Mischer in einem auf 23±0,5°C klimatisierten Raum aufgesetzt. Die Temperatur des Wassers im Becher und <>5 die Raumtemperatur wurden nach 30 min und danach 4 Stunden lang in Abständen von 15 min bestimmt und aufgezeichnet

Die so erhaltenen Kühlkurven wurden dann nach dem Verfahren des geringsten Fehlerquadrats der folgenden Gleichung angepaßt.

In^r = a-bT
mit

Al = Differenz zwischen der Wassertemperatur im Becher

und der Raumtemperatur,
In = natürlicher Logarithmus

T = seit der ersten Ablösung verstrichene Zeit in Minuten
a = experimentell bestimmter Schnittpunkt der Kurve
b = experimentell bestimmte Steigung der Kurve, die eine Funktion der Kalorimeterkonstruktion, der konstant gehaltenen Dicke der Isolierung und des Wärmewiderstands der Prüfisolierung ist.

Da eine absolute Berechnung der Wärmeströmung bei einer solchen kalorimetrischen Messung schwierig und fehlerbehaftet ist. wurde jeder Durchlauf mit zwei Normalproben, die auf der geschützten Wärmeplatte geprüft worden waren, und einer unbekannten Probe gemacht. Unter Verwendung einer handelsüblichen Polyesterfaserbahn mit einem bekannten Wärmewiderstand von 0,9 clo/cm und einer geblasenen Mikrofaserbahn aus 100% Polypropylen mit einem bekannten Wärmewid^rstand von 1,S clo/cm als Vergleichsnormale wurde der Wärmewiderstand der Prüfbahn durch lineare Interpolation bestimmt zu

/ = Wärmewiderstand

br = Steigung der experimentell gemessenen Kurve für die

handelsübliche Polyesterfaserbahn
b,„ = Steigung der experimentell gemessenen Kurve für die

Bahn aus geblasenen Polypropylen-Mikrofasern
O₁ = Steigung der gemessenen Kurve für die zu prüfende Bahn.

(²) Da einige Bahnen sich bei der ersten Kompression permanent setzen, wird folgendes Verfahren benutzt, um Dicke und Bauschigkeit zu messen:

Ein Bahnabschnitt wurde auf 10 cm χ 10 cm zugeschnitten, auf 0,01 g genau ausgewogen, dann unter eine flache Platte gelegt und 25 Stunden mit einem Gewicht von 40 kp (entsprechend einem Druck von 0,4 bar) belastet dann das Gewicht abgenommen und eine Stunde ungestört gelassen, um sich zu erholen. Sodann wurde die Höhe mit einer Höhenmeßvorrichtung gemessen, die eine Gesamtkraft von 14 g (entsprechend einem Druck von 0,14 mbar) auf die Bahn ausübte. Aus dem Gewicht und der Dicke läßt die Bauschigkeit sich leicht nach folgender Beziehung berechnen:

h ■ 100
mit

L = Bauschigkeit in cm³/g

h = Dicke in Zentimeter

W= GewichtdeMOxlO-cm-Probe

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: .

1. Faserbahn aus Mikrofasern von im Mittel weniger als ΙΟμπι Durchmesser und Stapelfasern größeren Durchmessers, die regellos miteinander vermischt und verworren sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern gekräuselte Bauschfasern mit einem Mindestwert der Einkräuselung von etwa 15% sind, daß die Mikrofasern und die gekräuselten Bauschfasern in einem Gewichtsverhältnis zwischen etwa 9 :1 und 1 :9 vorliegen, und daß die Faserstruktur elastisch zusammendrückbar ist und ein spezifisches Volumen von mindestens 30 cmVg aufweist

2. Faserbahn nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauschfasern einen Mindestwert der Einkräuselung von mindestens 25% und eine iCräuselbogenzahl von mindestens 2 Bögen pro Zentimeter haben.

3. Faserbahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauschfasern zwischen 25 und 75 Gew.-% der Fasern in der Bahn ausmachen.

4. Faserbahn nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein spezifisches Volumen von 3-, mindestens etwa 50 cnWg.

5. Faserbahn nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Wärmewiderstand von mindestens l,5clo/cm und einen Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit von mindestens 1« 10xlO-³clo · m²/g.