DE2807597C2

DE2807597C2 - Verfahren zur Herstellung einer thermisch gebundenen nicht-gewebten Faserstruktur

Info

Publication number: DE2807597C2
Application number: DE2807597A
Authority: DE
Inventors: Dennis Richard Sheard; Barry Harrogate North Yorkshire Walker
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE2807597A1; NL184699C; NL184699B; JPS53106877A; NL7801980A; FR2381854A1; FR2381854B1; JPS6215665B2; IT1092806B; US4154357A; GB1567977A; IT7820515A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer thermisch gebundenen nichtgewebten Faserstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, eine thermisch gebundene Faserstruktur dadurch herzustellen, daß man eine offene Faserstruktur (beispielsweise eine kardierte Bahn oder eine Waice), die aus gekräuselten oder kräuselfähigen zum Kleben veranlaßbaren Kompositfasern besteht, einer Wärmebehandlung unterwirft, um eine Zwischenfaserbindung zu bewirken. In der GB 15 24 713 ist ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer solchen Faserstruktur beschrieben.

Mit dem Ausdruck »zum Kleben veranlaßbare Kompositfasern« sind kontinuierliche Fäden oder Stapelfasern gemeint, die aus mindestens zwei faserbildenden polymeren thermoplastischen Komponenten bestehen, welche in bestimmten Zonen über den Querschnitt der Faser angeordnet sind und sich im wesentlichen entlang der Faser erstrecken. Eine dieser Komponenten besitzt dabei eine wesentlich niedrigere Erweichungstemperatur als die Erweichungstemperaturen) der anderen Komponente(n), wobei sie so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der Außenfläche der Faser bildet. Typische Kompositfasern innerhalb dieser Definition sind beispielsweise solche, bei denen die Komponente mit niedrigerer Schmelztemperatur eine von zwei Seite an Seite angeordneten Komponenten ist oder eine Hülle um eine andere als Kern dienende Komponente bildet öder ein oder mehrere Lappen einer Faser mit mehrlappigem Querschnitt bildet.

Thermisch gebundene Faserstrukturen können mit einer Dicke bis zu 20 cm oder mehr hergestellt werden, wobei sich verschiedene Dichten erreichen lassen, je nach dem angewendeten Herstellungsverfahren. Offene elastische thermische gebundene Faserstrukturen niedriger Dichte und hoher Porosität, wie sie beispielsweise durch das in der GB 15 24 713 beschriebene Verfahren hergestellt werden können, können bei einer großen Anzahl von Anwendungen dienen. Unglücklicherweise leiden die Faserstrukturen unter dem Nachteil, daß sie leicht Wasser aufsaugen und daß es, wenn einmal Wasser in die Strukturen eingedrungen ist, schwierig ist,

dieses durch normales Ablaufenlassen zu entfernen.

Dieser Nachteil von Faserstrukturen kann dadurch beseitigt werden, daß man sie mit einer wasserabstoßenden Appretur behandelt, beispielsweise mit einer solchen, wie sie für die Behandlung von Textilstoffen bereits speziell formuliert wurde. Jedoch macht eine solche Behandlung zahlreiche Schwierigkeiten, und zwar aufgrund der Dicke der Struktur und ihrer Porosität Oftmals können die Schwierigkeiten nur auf Kosten einer Änderung der Eigenschaften der Struktur, wie z. B. ihrer Dicke und Dichte, beseitigt τ/erden, indemman beispielsweise die Struktur mangelt, um einen Oberschuß der wasserabstoßenden Appretur auszuquetschen. Darüber hinaus können besondere Appretierungsvorrichtungen nötig sein um diese voluminösen Strukturen zu handhaben.

Es besteht daher die Aufgabe, bei einem gdttungsgemäßen Vliesherstellungsverfahren auf einfache Weise die nichtgewebte Faserstruktur mit wasserabweisenden

in Eigenschaften zii verseheⁿ

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine wasserabweisende Appretur auf der Basis eines Silicons auf die zum Kleben veranlaßbaren Kompositfaser» vor ihrer Verarbeitung an einer Vliesbahn aufgebracht werden kann ohne daß diese Appretur auf den Fasern deren Klebeeigenschaften wesentlich beeinflußt Während also die Außenfläche der Faser mit einer dünnen Schicht einer wasserabweisenden Appretur bedeckt ist, welche die Oberflächeneigenschaften der Fasern verändert, hindert die Schicht auf dem Teil der Oberfläche, welcher von der niedriger schmelzenden Komponente gebildet wird, diese nicht daran, durch die Einwirkung von Wärme zu erweichen und an einer ähnlichen Oberfläche oder an einer durch eine höher schmelzende Komponente gebildeten Oberfläche, die ebenfalls eine Schicht aus wasserabweisender Appretur trägt, haften zu bleiben.

Vorzugsweise enthält die Faserstruktur mindestens 50% Kompositfasern. Zur Erleichterung der Herstellung einer gebundenen Struktur niedriger Dichte können die Fasern vor der Überführung in eine Faserstruktur gekräuselt und wärmefixiert werden. Jedoch eignet sich das Verfahren gleich gut auch zum Binden von Strukturen, welche aus kräuselfähigen Fasern bestehen oder solche enthalten, d. s. also Fasern, die eine Kräuselung entwickeln, wenn sie einer Wärmebehandlung unterworfen werden.

Wasserabweisende Appreturen auf Siliconbasis, welche auf die Fasern aufgebracht werden können, können aus den allgemein bekannten Typen ausgewählt werden, die sich zur Behandlung von Textilstoffen eignen. Solche, die auf vernetzbaren Siliconen basieren, eignen sich besonders. Die Appretur kann auf die Fasern zu jeder zweckmäßigen Stufe aufgebracht werden. So kann die Appretur auf die Fasern unmittelbar nach dem Spinnen, während des Versteckens (sofern angewendet) oder durch Aufspritzen auf die Fasern vor der Überführung in eine Vliesstruktur aufgebracht werden. Die Appretur wird zweckmäßig als Emulsion, insbesondere als wäßrige Emulsion, aufgebracht und kann verschiedene Zusätze enthalten, wie z. B. Katalysatoren zur Förderung der Vernetzung der Appretur, Emulgatoren zur Unterstützung der Bildung einer Emulsion und zur Stabilisierung der einmal gebildeten Emulsion, und antistatische Mittel zur Unterstützung der Bildung einer offenen Faserstruktur, beispielsweise beim Kardieren von Stapeifa-

sern. Es ist erwünscht, die Zusätze aus solchen auszuwählen, weiche die Wasserabstoßungseigenschaften der Emulsion nicht verringern oder welche, sofern sie beim Erhitzen auf die zum thermischen Binden der Fasern erforderliche Temperatur unstabil sind, in Verbindungen zerbrechen, die nicht die Wasserabstoßungseigenchaften beeinflussen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Faserstrukturen eignen sich besonders zum Umwickeln von Brennstofftanks, insbesondere von Brennstofftanks für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge, um die Ausbreitung von Flammen zu unterdrücken, die bei einer eventuell im Brennstofftank stattfindenden Explosion entstehen. So kann jeder Zwischenraum zwischen dem Kraftstofftank eines Flugzeugs und den umgebenden Bauteilen des Flugzeugs mit beispielsweise Blöcken einer Faserstruktur gefüllt werden, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt worden ist Da die Faserstruktur wasserabweisend ist, wird ein ggf. innerhalb des Flugzeugs in Nachbarschaft des Brennstofftanks vorhandenes Wasser nicht durch diz Faserstruktur aufgesaugt, was zu einer Beschleunigung der Korrosion im Flugzeug führen könnte.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Während der Herstellung von verstreckten Kompositstapelfasern unter Verwendung eines üblichen Streckwerks wurde eine wäßrige Emulsion, die 4 Gew.-% Emulsion 75, ein Poiysiloxan, und ein Organometallsalz, Catalyst 62 (Verhältnis 6 :\\ der Firma Dow Corning Ltd. enthielt, auf das Faserkabol nach dem Verstrecken dadurch aufgebracht daß das Kabel durch die Emulsion bei Raumtemperatur hindurchgeführt wurde. Überschüssige Flüssigkeit wurde vom Kabel abgequetscht, welches hier auf gekräuselt, wärmefixiert und geschnitten wurde. Die Stapelfasern bestanden zu 100% aus Hülle/Kern-Kompositfasern mit einem Titer von 12 Dezitex. Sie besaßen einen Kern aus Polyäthylenterephthalat (Fp. 252° C) und eine Hülle aus einem Mischpolymer von Polyäthylenterephthalat und Polyäthylenisophthalat (Molverhältnis 80 :20, Fp. 206⁰C). Das Gewichtsverhältnis von Hülle zu Kern war 2:1. Die Fasern wurden kardiert, in Form einer willkürlichen Bahn abgelegt und durch einen Bindeofen hindurchgeführt, in welchem heiße Luft mit 235° C während einer Verweilzeit von 4 min durch die Bahn hindurchgeblasen wurde. Es wurde eine gute Zwischenfaserbindung innerhalb der Bahn erhalten.

Vergleichsbeispiel A

Eine willkürlich abgelegte Bahn aus Kompositfasern der in Beispiel 1 beschriebenen Art, auf die jedoch keine Siliconemulsion aufgebracht worden war, wurde ebenfalls unter identischen Bedingungen durch den Bindeofen hindurchgeführt. Der Grad der Zwischenfaserbindung, der innerhalb dieser Bahn auftrat, war im wesentlichen der gleiche wie bei der Bahn, welche aus mit Silicon behandelten Fasern bestand.

Ein Vergleichstest wurde wie folgt ausgeführt, um die Wirksamkeit des Wasserablaufs aus den Strukturen zu ermitteln:

Rechteckige Stücke von 10 cm χ 10 cm χ 3,3 cm wurden aus den gebundenen Bahnen herausgeschnitten und gewogen. Die Stücke wurden dann in Wasser eingetaucht und unter Wasser ausgequetscht, so daß die Zwischenräume der Bahnen vollständig mit Wasser gefüllt waren. Sie wurden hierauf entnommen und so gehalten, daß sie von Ecke zu Ecke abliefen. Nachdem das Ablaufen aufgehört hatte, wurden die Proben gewogen, worauf das Gewicht des zurückgehaltenen Wassers bestimmt wurde. Dies ist in der folgenden Tabelle als Vielfaches des Trockengewichts des Textilstoffstücks ausgedrückt. Die Probe, bei welcher die Fasern eine Siliconbehandlung erhalten hatten, besaßen eine wesentlich geringere Wasserfesthaltung nach dem obigen Ablaufen.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß die auf das Kabel aufgebrachte Siliconemalsion drei Komponenten enthielt, die von der Firma Dow Corning Ltd. erhältlich sind, nämlich DC167, eine 35%ige Emulsion eines durch Hydroxygruppen abgeschlossenen Dhnethylpolysiloxans, XT4-0149, ein Methyltrimethoxysilan, und Q2-7059, eine 40% aktive Emulsion von Dibutylzinn-dithioisobutyl-acetaL Etwas Essigsäure wurde ebenfalls zur Hydrolyse des T4-0149 beigegeben. Die konzentrierte Emulsion wurde auf eine Konzentration von 5 Gew.-% verdünnt

Die kardierte Bahn zeigte eine gute Bindung, nachdem sie durch den Heißluftofen mit einer Lufttemperatur von 235° C unter Anwendung einer Verweilzeit von 4 min hindurchgeführt worden war. Ablauftests durch das oben beschriebene Verfahren wurden ausgeführt, und die Mittelwerte der Wasserhaltung sind in der Tabelle angegeben. Die Wasserhaltung ist beträchtlich niedriger als bei einer Probe, deren Fasern keine SiIiconbehandlune erhalten haben.

Behandlung der Fasern in der Probe

Faktor, der ? '!gibt, die wievielfache Wassermenge zurückgehalten wurde

Beispiel 1
Beispiel 2
Vergleichsbeispiel A

2,4

13
6,6

Beispiel 3

Die in Beispiel 2 beschriebene Siliconemulsion wurde auf ein Kabel aus Kompositfasern aufgebracht. Die Faso sern besaßen jeweils einen Titer von 14 Dezitex, einen Kern aus Nylon-66 und eine Hülle aus Nylon-6. Das Hülle/Kern-Verhältnis war 1:1. Das Kabel wurde dann in einer Stauchkammer gekräuselt und auf Stapelfaserlänge geschnitten, wobei übliche Verfahren angewendet wurden. Eine willkürlich gelegte Bahn wurde dadurch erhalten, daß die Fasern kardiert und die so erhaltene kardierte Faserbahn schichtweise abgelegt wurde und dieses Gebilde durch Behandeln mit Dampf einer Temperatur von 230⁰C während 2 min thermisch gebunden wurde. Die oben beschriebenen Wasserablauftests zeigten, daß die Wasserfesthaltung der thermisch gebundenen nicht-gewebten Faserstruktur nur das l,5fache des Gewichts der gebundenen Struktur war, ein Wert, der erheblich geringer ist als bei einer ähnlichen Struktur, die aus Nylonheterofasern ohne Siliconemulsion hergestellt worden war.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer thermisch gebundenen nicht-gewebten Faserstruktur, bei welchem (a) eine Faserstruktur aus Fasern hergestellt wird, von denen zumindest 20% aus zum Kleben veranläßbaren Kompositfasern bestehen, (b) die Faserstruktur einer Wärmebehandlung unterworfen wird, um eine Bindung zwischen den Fasern zu bewirken, und (c) Faserstruktur abgekühlt oder abkühlen gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Stufe (a) verwendeten Fasern vor der Herstellung der Faserstruktur mit einer wasserabstoßenden Appretur auf Siliconbasis ausgerüstet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserabstoßende Appretur aus einer vernetzbaren Siliconverbindung besteht.

3. Verwendung einer nach Ansprach 1 oder 2 hergestellten Faserstruktur als flammhemmende Schicht auf einem Brennstofftank.