DE2735063C3 - Faserbahn aus Mikrofasern und Stapelfasern - Google Patents
Faserbahn aus Mikrofasern und StapelfasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Faserbahnen aus Mikrofasern von im Mittel weniger als 10 μπι Durchmesser und Stapelfasern größeren Durchmessers, die regellos miteinander vermischt und verworren sind, die z. B. aus der
US-PS 30 16 599 bekannt sind.
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 aufgenommen 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
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 Mikrofasern beschreibt, die durch Schleuderspinnen
ausgebildet werden. Dieser Stand der Technik gibt keine Wärmeisolierwerte für eine Bahn aus Mikrofasern
an, scheinen aber vorauszusetzen, daß sich eine neue Faserbahn zur Wärmeisolierung einsetzen läßt.
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 — irci
Gegensatz zu den etwa 0,9 clo, die eine einen 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 einer normalen Kompression ausgesetzt waren, schwerer sind als
alternative Arten von Faserisolierungen. Diese Schwere ist eine natürliche Folge des Wesens der Mikrofasern —
ihre sehr geringe Grüße und Anpassungsfähigheit 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
ίο Zentimeter dicke Bahn aus handelsüblichen Polyesterstapelfasern. Selbst wenn eine Faserbahn aus geblasenen
Mikrofasern von nur der halben Dicke einer Bahn aus Polyesterstapelfasern verwendet wird, um etwa den
gleichen Wärmeisolationswiderstand zu erzeugen, ist
is die geblasene Mikrofaserbahn dennoch etwa zweieinhalbmal so schwer wie die Polyesterstapelfaserbahn.
Ist das Gewicht nur zweitrangig (beispielsweise bei
Handschuh- und Stiefelisolierungen), können dünne Faserbahnen aus sich dicht zusammensetzenden,
geblasenen Mikrofasern sehr nützlich sein. 1st das Gewicht jedoch wesentlich, wie beispielsweise bei
isolierten Waren wie Mäntejn, Snowmobilanzügen, Schlafsäcken und dergl., wird man vorhandene Mikrofaserbahnen vermeiden. Da die oben erwähnten
per in der Bahn, die die Mikrofasern voneinander trennen und eine luftige elastische Faserbahn erzeugen,
die in der Lage ist, ein wesentlich größeres Volumen auszufüllen als herkömmliche Mikrofaserbahnen. Entsprechend ist die Dichte der Faserbahn wesentlich
v> geringer als die einer herkömmlichen Mikrofaserbahn.
Trotz der Verdünnung der Bahn mit Bauschfasem und der Lockerung bzw. öffnung der Bahn, die diese Fasern
bewirken, bleibt der Wärmewiderstand pro Dickeneinheit der gleiche oder sinkt nur geringfügig im Vergleich
4u zu einer insgesamt aus Mikrofasern bestehenden Bahn.
Da eine Faserbahn nach der vorliegenden Erfindung dicker als eine durchweg aus Mikrofasern bestehende
Bahn mit dem gleichen Gewicht an Mikrofasern ist, ist der gesamte Wärmewiderstand der erfindungsgemäßen
*■> Faserbahn von Fläche zu Fläche höher als der Wärmewiderstand einer nur aus Mikrofasern bestehenden
Bahn.
Pro Gewichtseinheit besitzt die erfindungsgemäße Faserbahn wesentlich bessere Isolationseigenschaften
5(1 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 Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung
zeigen, ist . noch nicht vollständig geklärt. Die
^ wahrscheinlichste Erklären** bssicrt Huf der Tntssche,
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
b5 mehr Luft festhalten. Diese Drosselung der Luftbewegung bewirkt eine geringere Wärmeübertragung
innerhalb einer Mikrofasern enthaltenden Faserbahn. Obgleich der Mikrofaseranteil in einer Faserbahn nach
der vorliegenden Erfindung geringer als in einer nur aus Mikrofasern bestehenden Bahn ist, wird offenbar genug
Luft zurückgehalten, um den Wärmewiderstand pro Dickeneinheit der Faserbahn vergleichbar mit dem einer
nur aus Mikrofasern bestehenden Bahn zu machen. Wenn die Mikrofasern von den Bau=chfasern in der
Bahn nach der vorliegenden Erfindung »geöffnet« bzw. beabstandet werden, wird die Oberfläche der Fasern
wirkungsvoller ausgenutzt, so daß mehr Luft festgehalten und dasiiit 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 Faserbahn
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 Faserbahn 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 erstmals Mikrofasern nunmehr einen wesentlichen
Vorteil auf weiten Gebieten der Wärmeisolierung bieten.
Die Bauschigkeit und Elastizität werden in den Faserbahnen 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
Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung spezielle Eigenschaften erteilt, und Wärmeenergie wird durch
solche Klumpen auch schneller hindurchtreten.
Die Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung sind hervorragend anpassungsfähig, fallen gut und haben
einen guten Griff, so daß sie auf dem Gebiet der Wärmeisolierung noch attraktiver werden.
Die Fig. I ist eine schematisierte Darstellung einer
beispielhaften Vorrichtung zur Herstellung von Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung; und F i g. 2 ist
ein Seitenriß repräsentativer gekräuselter Bauschfasern, die für Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden können.
F i g. 1 der Zeichnung zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung, die zur Herstellung einer Faserbahn nach der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Diese Vorrichtung stellt Bahnen aus aus der Schmelze geblasenen
Mikrofasern (durch Extrudieren geschmolzenen faserbildenden Materials hergestellt, wie sie für viele
Faserbahnen nach der Erfindung bevorzugt sind) her. Es 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
Zeitschrift Industrial Engineering Chemistry Bd. 48, 1342 ff. Π 956) offenbart ist. Eine solche Konstruktion
weist eine Düse 10 mit einer Auspreßkammer 11 auf, durch die verflüssigtes faserbildendes Material vorgetrieben wird. Die Düsenöffnungen 12 sind zu einer Reihe
über das Vorderende der Düse angeordnet; durch sie s wird das verflüssigte faserbildende Material ausgepreßt
Durch die öffnungen 13 wird dabei ein Gas, wie beispielsweise erwärmte Luft, mit hoher Geschwindigkeit
hindurchgedrückt Diese sehr schnelle Gasströmung zieht das extrudierte faserbildende Material aus
ίο und verlangsamt es, so daß das faserbildende Material
während des Flugs auf einem Auffangelement 14 sich zu Mikrofasern verfestigt. Bei dem Auffangelement 14
handelt es sich typischerweise um ein Netz mit sehr kleinen öffnungen, das in diesem Beispiel als Endlosgurt
vorliegt, aber auch anders gestaltet sein kann — wie beispielsweise als Trommel oder Zylinder oder
flacher Schirm. Hinter dem Auffangelement kann eine Saugeinrichtung angeordnet sein, die die Ablagerung
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 richtung befindet Eine Bahn 17 aus Bauschfasern,
bei der es sich typischerweise um eine lockere nichtgewebte Bahn handelt, wie sie auf einer Garnette
oder einem Rando-Webber entsteht, wird entlang eines Tisches 18 unter einer Antriebsrolle 19 hindurch vorgetrieben.
Die Reißrolle dreht sich in Richtung des Pfeils
jo 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 Kanal 20 in den Strom geblasener Mikrofasern befördert wo sie
J5 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.
•»ο Der gemischte Strom aus Mikro- und Bauschfasern
bewegt sich weiter zum Auffangelement 14, wo die Fasern eine Bahn 22 aus regellos vermischten und
verworrenen Fasern bilden. Bei genauer Untersuchung stellen sich die Mikro- und die gekräuselten Bauscbfa-
f> sern als gründlich vermischt heraus; beispielsweise ist
die Faserbahn frei von Klumpen aus gekräuselten Fasern, d. h., sie ist frei von Ansammlungen aus gekräuselten
Fasern mit Durchmessern von einem Zentimeter oder mehr, wie sie sich einstellen würden, wenn ein ge-
r><>
hackter Abschnitt eines mehrendigen Taus aus gekräuseltem Faden ungetrennt bleibt oder wenn gekräuselte
Fasern vor dem Einführen in einen Mikrofaserstrom sich zusammenballen. Die Faserbahn 22 wird vom Auffangelement
14 abgeschält und typischerweise zu einer Lagerrolle aufgewickelt. Danach kann die Faserbahn
zugeschnitten oder verarbeitet werden.
Die hergestellt« Faserbahn kann aus einer einzigen Schicht, die mit der gezeigten Vorrichtung
abgelegt wurde, oder aus mehreren Schichten bestehen
<>o (wobei die Schichten typischerweise mindestens bei
oberflächlicher Prüfung voneinander nicht zu unter scheiden sind). Derartige Produkte lassen sich ausbilden,
indem man entweder die hergestellte Faserbahn ein- oder mehrmals unter einer Misch- und Ablagevorrich-
<>5 tung durchlaufen läßt, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist,
oder entlang des Auffanggurtes zusätzliche Misch- und Ablagevorrichtungen anordnet.
Die Isoliergüte von Mikrofasern hängt im allgemei-
Die Isoliergüte von Mikrofasern hängt im allgemei-
nen 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, Polyethylenterephthalat, Polyamide und andere aus dem Stand der Technik bekannte
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 erfindungsgemäßen Faserbahn vorliegen, desto besser ist der Wärmewiderstand.
Geblasene Mikrofasern lassen sich bequem in Durchmessern von weniger als Ιμΐη herstellen. Um
brauchbare Faserbahnen 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 Faserbahn nach der vorliegenden Erfindung in
mehreren unterschiedlichen Formen erhältlich. Die F i g. 2 zeigt drei repräsentative Arten bekannter gekräuselter
Fasern, die F i g. 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 Weitung auftritt, und bezüglich des Abstands und der Amplitude der Faltung), wie man sie
beispielsweise in einer Stauchkammer herstellt Die Fig.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 Faserbahn nach der vorliegenden Erfindung bei. Es lassen sich aber gute Faserbahnen
nach der vorliegenden Erfindung auch mit anderen gekräuselten Fasern 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 ist (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 ist die Bauschigkeit der Faserbahn. Fasern mit größerem Durchmesser ergeben jedoch eine gleich bauschige
Faserbahn bei weniger Faltungen pro Längeneinheit als eine Faser mit geringerem Durchmesser. Die
folgende Tabelle zeigt daß Abweichungen möglich sind; 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
Bogenzahl pro Längeneinheit besser. Die in der Erfindung verwendeten Bauschfasern weisen allgemein im Mittel mehr als etwa eine halbe Faltung pro
Zentimeter auf, und da die Bauschfasern 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
ίο Amplitude oder Tiefe der Wellung. Obgleich es schwer
ist, die Amplitude der Wellung mit numerischen Werten gleichmäßig zu kennzeichnen, da viele Fasern regellos
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 Biegungen
2i> 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 von
schraublinienförmig gekräuselten Fasern (vgl. F i g. 2(c))
jo erfolgt jedoch am besten mit einem Kräuselgrad von
mehr als 50%.
Die Bauschfasern sollen im Minimum eine mittlere Länge aufweisen, die ausreicht, um mindestens eine
vollständige Welle und vorzugsweise mindestens drei
im Mittel eine Länge von etwa 2 bis 15 cm aufweisen,
vorzugsweise weniger als etwa 7 bis 10 cm.
fügbar und bieten nutzbare Eigenschaften. Andere brauchbare Fasern sind Acrylfasern, Polyolefine, Polyamide, Kunstseide, Acetate usw. Auch Naturfasern lassen sich verwenden. Faserbahnen nach der vorliegenden
Erfindung haben den besten Widerstand gegen Kom
pression und den höchsten gewichtsspezifischen Wär
meisolierwirkungsgrad, wenn die Bauschfasern mäßig steif sind, d.h. eine Biegesteife von
1,5 χ 10-4g · cmJ/tex oder mehr aufweisen (vgl. W. E
Morton and Hearle, »Physical Properties of Textile
w Fibers«, Butterworth, London, 1962, S. 380 - 383).
Vorzugsweise haben die Bauschfasern eine Biegesteife von mindestens 3,5 χ 10-4g · cm2/tex. Die Faserbahnen nach der Erfindung können jedoch eine Vielzahl
von Bauschfasern, wie auch mehr als eine Art von Mi
krofasern 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.
mindestens 3 Decitex und vorzugsweise mindestens 5
bzw. 25 urn entspricht
hS 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.
Die Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung lassen 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 Faserbahn 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 Faserbahnen 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 ursprünglichen Dicke
annehmen. Für den militärischen Anwendungssektor ist es erforderlich, daß Faserbahnen
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 Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung erfüllen diese Bedingung im allgemeinen.
Die Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung 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 71373), 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 Faserbahn
nach der vorliegenden Erfindung. Die Bauschigkeit dieser Basisfaserbahn läßt sich bestimmen, inTabelle
I
dem man 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 Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung zugefügt
werden, indem man sie der faserbildenden Flüssigkeit der Mikrofasern oder der gekräuselten Bauschfasern
hinzufügt. Faserbahnen nach der vorliegenden Erfin-
lü dung 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 Behandlungs
eigenschaften für die Verwendung in Kleidungsstücken
zu verbessern.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele
weiter erläutert werden.
Beispiele 1-4
Eine Serie von Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurde auf einer Vorrichtung entsprechend der F i g. 1 aus geblasenen Polyäthylenterephtha-
lat-Mikrofasern mit 0,7 ... 1,8um 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 μηι Durchmesser und einer Dicke von
1,2 cm sowie einer Bauschigkeit von 21 cmVg und B eine handelsübliche Bahn aus Polyesterstapelfasern (63
Decitex, 5,5 cm lang, 40% Einkräuselung) sind. Die
■H Absolutwerte des Wärmewiderstands für die Vergleichsbeispiele 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.
Beispiel | Stapelfasern | Bauschigkeit | Wärme | Wärmeisolierwirkungsgrad |
widerstand | pro Gew.-Einheit | |||
(Gew.-o/o) | (cmVg) | (clo/cm) | (x 10-3clo · m2/g) | |
A | 0 | 21 | 1,8 | 3,8 |
1 | 12 | 52 | 1,85 | 9,6 |
2 | 25 | 71 | 1,85 | 13,2 |
3 | 41 | 72 | 1,77 | 12,7 |
4 | 65 | 71 | 134 | 9,6 |
B | 100 | 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-Mikrofasem mit im Mittel 1... 2 μΐπ Durchmesser mit
einigen im Bereich 6... 8 μπι) und Polyäthylenterephthalatfasern in drei unterschiedlichen Durchmessern
ίο
hergestellt Im Beispiel 5 hatten die Polyäthylenterephthalatfasern 7 Decitex (25 μπι Durchmesser), eine
Länge von 5,1 cm und eine Einkräuselung von 45%. Im Beispiel 6 hatten die Fasern 13 decitex (34 μιη), eine
Länge von 3,4 cm und eine Einkräuselung von 40%.
Im Beispiel 7 hatten die Fasern 60 Decitex (74 μιη),
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
Faserbahnen 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
Stapelfasern
(Gew.-%)
Bauschigkeit (cm3/g)
Wärmewiderstand
(clo/cm)
Wärmeisolierwirkungsgrad
pro Gew.-Einheit
(X 10~3 clo.mVg)
5 | 37 | 78 | 1,8 | 14 |
6 | 34 | 94 | 1,8 | 17 |
7 | 31 | 76 | 1,7 | 13 |
Beispiele 8-10
Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurden in einer Vorrichtung hergestellt, wie sie
allgemein in der F i g. 1 dargestellt ist, und zwar aus Polyäthylenterephthalat-Stapelfasern mit 18 Decitex
(40 μιη), 3,8 cm Länge und einer Einkräuselung von 34%
sowie Mikrofasern, von denen 70% einen Durchmesser von 0,8 μιη oder weniger und 30% einen Durchmesser
zwischen 0,8 und 2 μιη 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.
(cm3/g)
Wärmewiderstand
(clo/cm)
Wärmeisolierwirkungsgrad/
pro Gew.-Einheit
(X 10~3 clo.m'/g)
8 | 10 | 44 | 2,5 | 11 |
9 | 50 | 130 | 1,56 | 20 |
10 | 75 | 150 | 1,21 | 18 |
Beispiele 11-12
Zwei Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung wurden mit aus der Schmelze gebiasenen
Mikrofasern mit im Mittel etwa I... 2 μιη Durchmesser
sowie Nylonstapelfasern mit 30 Decitex (52 μιη), 4,9 cm
Länge und 23% Einkräuselung hergestellt, wobei jede Bahn einen anderen Anteil Stapelfasern enthielt, wie in
Tabelle IV angegeben. Die Wärmewiderstandswerte, gemessen auf einer geschützten Wärmeplatte (ASTM
D 1518-64), sind in der Tabelle IV ebenfalls angegeben.
Tabelle IV |
Stapelfasern
(Gew.-%) |
Bauschigkeit
(crnVg) |
Wärmewider
stand (clo/cm) |
Wärmeisolierwirkungsgrad
pro Gew.-Einheit (X 10~3 clo.m2/g) |
Beispiel |
11,5
18,1 |
60
81 |
1,7
1,6 |
10
13 |
11
12 |
||||
Eine Faserbahn 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 um oder weniger, der Rest einen Durchmesser von 2 μιη oder weniger hatten, sowie gekräuselten Bauschfasern in Form von Polyacrylnitril-Stapelfasern mit 3
Decitex (16 μπι), 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 103 cmVg. Der Wärmewiderstand, gemessen nach
dem Verfahren 2, betrug 1,7 clo/cm, der Wärmeisolier
wirkungsgrad pro Gewichtseinheit betrug 17,6x10-°
do · m2/g. Diese Werte sind mit einem Wärmewiderstand von 0,87 clo/cm sowie einem Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit von
9,2 χ ΙΟ-3 do · mVg für eine Bahn aus ausschließlich
den Polyacrylonitril-Stapelfasern zu vergleichen.
Fußnoten
(<) »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
lclo
(0,18°C) · m2 · Std.
Kilokalorien
10
Die Werte des Wärmewiderstandes in der vorliegenden Beschreibung sind nach einem der unt?n 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 2,63 cm Durchmesser lind
15,40 cm Höhe mit einer 3 cm dicken Isolierscheibe aus Kork 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 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.
\ηΔί = a-bT
mit
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 Prüf isolierung 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 0,9clo/cm und einer geblasenen
Mikrofaserbahn aus 100% Polypropylen mit einem bekannten Wärmewiderstand von l,8clo/cm als Vergleichsnormale
wurde der Wärmewiderstand der Prüfbahn durch lineare Interpolation bestimmt zu
/ = 0,9 + 0,9
mit C1/ - *■)
/ — Wärmewiderstand
br - Steigung der experimentell gemessenen Kurve für die
handelsübliche Polyesterfaserbahn
bm — Steigung der experimentell gemessenen Kurve für die
Bahn aus geblasenen Polypropylen-Mikrofasern
bx — 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:
IÜ0
Bauschigkeit in cmVg
Dicke in Zentimeter
Gewicht der 10 χ 10-cm-Probe
Claims (4)
1. Faserbahn aus Mikrofasern von im Mittel weniger als 10 um Durchmesser und Stapelfasern größeren Durchmessers, die regellos miteinander vermischt und verworren sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern gekräuselte
Bauschfasem mit einem Mindestwert der Einkräuselung von etwa 15% sind, daß die Mikrofasern in
einem Bereich von 90 bis 25 Gew.-%, Rest gekräuselte Bauschfasern, vorliegen, und daß die Faserstruktur elastisch zusammendrückbar ist und ein
spezifisches Volumen von mindestens 30 cm3/g aufweist
2. Faserbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauschfaser.i einen Mindestwert
der Einkräuselung von mindestens 25% und eine Kräuselbogenzahl von mindestens 2 Bögen pro Zentimeter haben.
3. Faserbahn nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein spezifisches Volumen von mindestens etwa 50 cmVg.
4. Faserbahn nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Wärmewiderstand von mindestens l,5clo/cm und einen Wärmeisolierwirkungsgrad pro Gewichtseinheit von mindestens
10 χ ΙΟ-3clo · m2/g.
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