DE3880271T2

DE3880271T2 - Eine schwallwirkungsvermindernde, antistatische und flammverzoegernde struktur fuer entflammbare fluessigkeiten enthaltende behaelter.

Info

Publication number: DE3880271T2
Application number: DE8888202357T
Authority: DE
Inventors: David M Hall; Eckel R Lane; Mccullough, Jr; R Vernon Snelgrove
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1987-11-18
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2008-10-22
Also published as: JPH01503246A; EP0318072A2; WO1989004762A1; NZ226593A; ZA887892B; BR8807312A; CA1313440C; JPH0341583B2; IL88104A; AU2398488A; KR890701350A; KR920001642B1; AU612710B2; IL88104A0; DE3880271D1; MX166845B; ATE88158T1; EP0318072B1; US4844974A; EP0318072A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine das Schwappen hemmende, antistatische, feuerhemmende Struktur zur Anwendung für entflammbare Fluids enthaltende Behälter und ein Verfahren zur Hemmung von Flammen im Behälter oder um ihn herum.
Insbesondere betrifft die Erfindung nachgiebige, ihre Gestalt verändernde, leichte, nicht-entflammbare Strukturen aus kohlenstoffhaltigen Fasern mit der Fähigkeit, das Schwappen von Brennstoff in einem Brennstoffbehälter einzudämmen oder zu beenden, als Flammmenhemmer zu wirken und die Aufladung von statischer Elektrizität zu vermeiden und/oder abzubauen bzw. abzuleiten. Die Strukturen sind weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gute chemische und hydrolytische Inaktivität besitzen und gegenüber einem Kontakt mit den entflammbaren Fluids für lange Zeit stabil sind.
Für viele Jahre hat die Handhabung und Anwendung von entflammbaren Fluids wie etwa Flüssigbrennstoffen, brennbaren Gasen und anderen brennbaren Chemikalien oder Zwischenprodukten potentielle Feuer- und Explosionsgefahren aufgrund einer elektrostatischen Aufladung während Füllens oder Leerens von Behältern wie etwa Tanks, wegen einer reibungselektrisch erzeugten Entladung oder wegen des Hin- und Herschwappens der Flüssigkeiten in den Tanks beim Transport der Tanks dargestellt. Der Transport von Tanks, die teilweise mit entflammbaren Flüssigkeiten gefüllt sind oder die eine geringe Menge an Flüssigkeit bis zu dem Ausmaß enthalten, daß der Tank im wesentlichen leer ist, stellt eine weitere Gefahr der Explosion der Flüssigkeit und/oder gasförmiger Nebenprodukte aufgrund von Funkenbildung oder elektrostatischer Entladung dar, die durch das Schwappen (schnelle Bewegung) der Flüssigkeit innerhalb des Tanks verursacht wird. Methoden, die zur Vermeidung der Funkenbildung und/oder der statischen Entladung im Tank verwendet wurden, umfassen das Füllen des Tanks mit einem inerten Gas oder den Einbau eines feuerhemmenden Systems in den Tank. Weiterhin ist physikalische Erdung die übliche Technik zur Verringerung dieser Gefahr gewesen. Diese Technik hat jedoch das Problem nicht vollständig beseitigt. Weiterhin haben menschliches Versagen und schlechte elektrische Verbindungen zu Explosionen geführt, die in einem Verlust von menschlichem Leben und Gerätschaften resultierten.
In jüngerer Zeit sind in einem Versuch zur Beseitigung der obengenannten Probleme und Gefahren Behälter mit einem netzförmigen, offenzelligen Polymerschaum gefüllt worden. Eine bereits verwendete Schaumstoffklasse ist ein Polyetherurethan, welches gute chemische Beständigkeit aufweist, das aber schlechte elektrostatisch ableitende Eigenschaften besitzt und in Gegenwart von Luft entflammbar ist. Eine elektrostatische Entzündung könnte aufgrund der Erzeugung von Reibungselektrizität erfolgen, wenn ein Behälter mit dem Polyetherurethanschaum aufgrund von Belastung oder beim Zusammenprall mit einem anderen Gegenstand brach. Die andere, bisher verwendete Schaumstoffklasse ist ein Polyesterpolyurethan, das ziemlich gute elektrostatische Ableitungseigenschaften hat, aber schlechte Hydrolyseeigenschaften, geringe Lösungsmittelstabilität besitzt und auch an Luft ziemlich brennbar ist. Beide obengenannte Schaumstoffklassen verlieren bei Kontakt mit Kohlenwasserstoff-Brennstoffen über eine Zeitdauer ihre Struktureigenschaften und müssen daher regelmäßig ersetzt werden.
Bloßes Schwappen einer Flüssigkeit ist jedoch nicht die einzige Quelle einer elektrostatischen Aufladung und daher löst die Eindämmung des Schwappens und somit die Eindämmung der durch das Schwappen erzeugten elektrostatischen Aufladung alleine nicht die anderen bei der Verwendung von Brennstofftanks auftretenden Probleme. Da z.B. Schaumstoffmaterialien keine guten elektrischen Leiter sind, leiten sie keine elektrostatische Aufladung ab, wie sie etwa beim Füllen und Leeren eines Behälters erzeugt wird. Weiterhin sind solche Schaumstoffe in ihrer Struktur schwach und zeigen in Gegenwart der meisten entflammbaren Flüssigkeiten, insbesondere flüssigen Kohlenwasserstoffen, eine langsame Zersetzung. Dieses Instabilitätsproblem erhöht sich, wenn eine geringe Menge an Feuchtigkeit im Behälter vorhanden ist und mit dem Schaumstoff in Kontakt kommt. Ein anderes, bei der Verwendung von Behältern mit entflammbaren Flüssigkeiten und/oder Gasen häufig auftretendes Problem ist das Reißen oder Brechen der Behälter aufgrund eines Aufpralls oder Materialermüdung. Ein Riß oder Bruch in einem Behälter ermöglicht einen freien Austritt der entflammbaren Fluids und stellt einen gefährlichen Zustand dar.
Obwohl durch die Verwendung der obengenannten Schaumstoffe ein gewisser Erfolg erzielt worden ist, wäre es für die Industrie günstig, ein Material zu besitzen, das neben der Vermeidung des Schwappens in Gegenwart von entflammbaren Fluids stabil ist, eine hohe, zur Ableitung einer elektrostatischen Aufladung ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist und in Fällen, in denen eine Funke auftreten könnte, als Feuerhemmstoff wirkt. Weiterhin ist es wünschenswert, ein Material zu besitzen, das im wesentlichen feuerbeständig ist und die Fähigkeit besitzt, bei einer Verwendung als Außenverkleidung für einen Behälter bei einem Auslaufen oder Brechen des Behälters das Entweichen einer entflammbaren Flüssigkeit aus dem Behälter stark zu vermindern. Im folgenden wird ein solches neues Material in der beiliegenden Beschreibung und den Beispielen offenbart. Alle im folgenden genannten Prozentangaben sind Gewichtsprozent, sofern nicht anders spezifiziert.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine leichte, nicht-entflammbare Struktur bereitgestellt, die eine Vielzahl von irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen, kontinuierlichen Fasern oder Stapelfasern in Form eines wolleartigen Flaums, einer Watte, eines Gewebes oder dgl. enthält.
Die Fasern werden durch eine teilweise Verkohlung von stabilisierten Polymerfasern oder Gewebe oder einem anderen stabilisierten Kohlefaservorstufenmaterial wie etwa Acrylfasern oder Pechfasern unter solchen Bedingungen hergestellt, daß den Fasern eine im wesentlichen irreversible, nicht-lineare, z.B. sinusförmige oder spiralförmige (coil-like) Gestalt wie im folgenden beschrieben vermittelt wird. Die Fasern sind weiterhin durch ihre wolleartige, flauschige Erscheinung und Textur gekennzeichnet, wenn sie zu einer nicht-gewebten Struktur wie etwa z.B. einer Matte oder Watte verarbeitet werden. Wie im folgenden ersichtlich wird, ist die wolleartige Textur und Flexibilität umso größer, je größer der in der Struktur vorhandene Anteil an spiralförmigen Fasern ist. Die Fasern können mit nicht-kohlenstoffhaltigen Fasern oder linearen kohlenstoffhaltigen Fasern vermengt werden.
Die kohlenstoffhaltigen Fasern sind vorzugsweise nicht-linear, sie können aber auch Mischungen von nicht-linearen und linearen kohlenstoffhaltigen Fasern umfassen. Die erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Faserstrukturen besitzen hervorragende antistatische, das Schwappen hemmende und feuerhemmende Eigenschaften. Günstigerweise umfaßt die Struktur eine Vielzahl von flexiblen kohlenstoffhaltigen Fasern, die eine sinusförmige oder spiralförmige Struktur mit einem reversiblen Auslenkungsverhältnis von mindestens etwa 1,2 : 1, ein Aspektverhältnis (1/d) von mehr als 10 : 1 und einen LOI (Grenz-Sauerstoff-Index) von mehr als 40 besitzen. Die kohlenstoffhaltige Faserstruktur ist extrem leicht und hat eine Massendichte von 2,4 bis 32 kg/m³, vorzugsweise von 2,4 bis 8,0 kg/m³, wenn sie in Form eines wolleartigen Flaums ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine feuerhemmende Struktur zur Anwendung für entflammbare Fluids enthaltende Behälter, die eine Vielzahl von nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 umfaßt, wobei die kohlenstoffhaltigen Fasern in einer Menge vorhanden sind, die zum Hemmen einer Flammenfront wirksam ist.
Die kohlenstoffhaltige Faserstruktur befindet sich an der Innenseite des Behälters in einer ausreichenden Menge, um ein Schwappen des entflammbaren Fluids zu verhindern und ebenfalls den Aufbau einer elektrostatischen Ladung in dem Behälter, die einen Funken zum Entzünden des Brennstoffs erzeugen könnte, zu verhindern. Der Brennstoff im Behälter kann vollständig flüssig oder vollständig gasförmig sein. Wenn der Brennstoff in einer flüssigen Form ist, gibt es üblicherweise einen Bereich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter, der in einem gasförmigen Zustand und daher auch leicht entflammbar ist. Gegebenenfalls befindet sich die kohlenstoffhaltige Faserstruktur auch an der Außenseite des Behälters, d.h. an mindestens einer äußeren Oberfläche des Behälters in einer wirksamen Menge, um eine Flammenfront einzudämmen, die sich von einem Riß im Behälter ausbreitet. Die hier verwendete Bezeichnung "wirksame Menge" wird in einem weiten Sinne verwendet, da die Menge von der Dichte der Faserstruktur und ihrer Position an der Innenseite oder an der Außenseite des Behälters abhängt. Die Dichte der Faserstruktur variiert wiederum abhängig von der Menge des gewünschten Fluidstroms. Der Fluidstrom aus einem Brennstofftank, um z.B. einen Flugzeugmotor anzutreiben, kann relativ hoch sein, wodurch ein relativ hoher Brennstoffstrom aus dem Tank erforderlich ist.
Die Erfindung betrifft auch einen Behälter zur Aufnahme einer entflammbaren Flüssigkeit und/oder eines entflammbaren Gases, worin die Innenseite des Behälters eine kohlenstoffhaltige Faserstruktur in einer ausreichenden Menge enthält, um das Schwappen der Flüssigkeit im Inneren des Behälters im wesentlichen zu hemmen, aber ohne den Flüssigkeitsstrom aus dem Behälter zu behindern, und worin mindestens ein Teil einer äußeren Oberfläche des Behälters mit einer feuerhemmenden, kohlenstoffhaltigen Faserstruktur in einer ausreichenden Menge bedeckt ist, um eine Flammenfront der entflammbaren Flüssigkeit und/oder des entflammbaren Gases einzudämmen, die durch einen Bruch im Behälter hindurchtritt.
Die vorliegende Erfindung ist spezifisch auf Strukturen gerichtet, die eine Vielzahl der nicht-entflammbaren, kohlenstoffhaltigen Fasern umfassen, die insbesondere durch ihren Verkohlungsgrad und/oder ihren Grad an elektrischer Leitfähigkeit bei der Ermittlung der jeweiligen Anwendung, für die sie am meisten geeignet sind, spezifiziert sind.
Kohlenstoffhaltige Fasern, die von stickstoffhaltigen Polymermaterialien wie etwa einem Polymer auf Acrylbasis stammen, haben im allgemeinen einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 %, vorzugsweise von 16 bis 25 %, besonders bevorzugt von 18 bis 20 %.
Der "elektrische Widerstand" einer kohlenstoffhaltigen Faser wird durch Messung auf einem 6K-Faserkabel bestimmt, wobei die einzelnen Fasern einen nominellen Durchmesser von 7 bis 20 Mikron besitzen. Der "spezifische Widerstand" wird durch Messungen wie in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0199567 beschrieben, bestimmt.
Das kohlenstoffhaltige Fasermaterial, das in den erfindungsgemäßen Verbundstrukturen verwendet wird, kann abhängig von der jeweiligen Anwendung und der Umgebung, in der man die Strukturen einsetzt, wo sie eingefügt werden, in drei Gruppen eingeteilt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die kohlenstoffhaltigen Fasern, die bei antistatischen, feuerhemmenden und das Schwappen hemmenden Anwendungen eingesetzt werden, elektrisch nicht leitend und besitzen keine antistatischen Eigenschaften, d.h. sie können eine elektrostatische Ladung nicht ableiten. Die nicht-leitfähigen Fasern besitzen einen elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm und entsprechend einen spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm-cm. Wenn die nicht-leitfähigen Fasern aus einem Acrylpolymer stammen, wurde bestimmt, daß der Stickstoffgehalt solcher Fasern mehr als etwa 18 % war.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die kohlenstoffhaltigen Fasern, die in den erfindungsgemäßen Strukturen verwendet werden, teilweise elektrisch leitfähig, d.h. sie haben ein geringes Ausmaß an elektrischer Leitfähigkeit und einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85 %. Der elektrische Widerstand dieser Fasern ist im allgemeinen von 4 x 10&sup6; bis 4 x 10³ Ohm/cm. Vorzugsweise stammen die kohlenstoffhaltigen Fasern von stabilisierten Acrylfasern und besitzen einen Stickstoffgehalt von 16 bis 20 %. Je größer die Menge des Kohlenstoffgehalts der verwendeten Fasern ist, desto höher ist das Ausmaß der elektrischen Leitfähigkeit. Diese Fäden mit höherem Kohlenstoffgehalt behalten eine wolleartige Erscheinung bei, wenn sie zu einer Matte oder einer Watte verarbeitet werden, insbesondere wenn der Hauptteil der Fasern von nicht-linearer Gestalt ist. Wie auch im folgenden ersichtlich wird, ist die Elastizität oder die Offenheit der Struktur umso größer, je größer der Anteil an nicht-linearen Fasern in der Struktur ist. Als Ergebnis des größeren Kohlenstoffgehalts besitzen die mit diesen Fasern hergestellten Strukturen größere statisch ableitende und das Schwappen hemmende Eigenschaften und führen zu wirksamen Feuerhemmstoffen sogar bei höheren Anwendungstemperaturen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung besitzen die in den erfindungsgemäßen, das Schwappen hemmenden und/oder feuerhemmenden Strukturen verwendeten kohlenstoffhaltigen Fasern einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 85 %. Vorzugsweise stammen die verwendeten Filamente von stabilisierten Acrylfasern und haben einen Stickstoffgehalt von weniger als 16 %. Als Ergebnis des noch höheren Kohlenstoffgehalts besitzen die aus solchen Fasern hergestellten Strukturen eine höhere elektrische Leitfähigkeit. Dies bedeutet, daß der Widerstand weniger als 4 x 10³ Ohm/cm ist. Entsprechend ist der spezifische Widerstand geringer als 10&supmin;¹ Ohm- cm.
Die hochleitfähigen Fasern können anstelle gebräuchlicher gerader oder linearer Kohlefasern verwendet werden. Ferner bewirken die spiralförmigen kohlenstoffhaltigen Fasern, wenn sie zu einer Struktur wie einer Matte oder Watte gefertigt werden, eine bessere Fähigkeit zur elektrischen Erdung und verhindern somit die Aufladung von statischer Elektrizität und die Erzeugung von Funken. Eine Struktur, die einen größeren Anteil an spiralförmigen Fasern im Gegensatz zu sinusförmigen oder linearen Fasern enthält, sorgt für eine wirksamere Barriere gegen das Ausbreiten von Flammenfronten.
Lineare, heißfixierte, kohlenstoffhaltige Fasern, die bei antistatischen, das Schwappen hemmenden und/oder feuerhemmenden Anwendungen eingesetzt werden, enthalten Fasern, die aus dem gleichen stabilisierten Vorstufenmaterial wie die nicht-linearen Fasern gebildet werden, mit der Ausnahme, daß der Schritt des irreversiblen Heißfixierens (Thermofixierens) der Fasern mit dem in einer linearen Form gehaltenen Faservorstufenmaterial erfolgt. Die linearen kohlenstoffhaltigen Fasern können mit nicht-linearen, thermoplastischen oder thermofixierten Fasern oder Fasermischungen in Form eines Flaums, einer Watte, eines Gewebes oder dgl. vermischt und mindestens teilweise daran gebunden werden.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein offenes Gewebe oder eine Watte bereitgestellt, bestehend aus statistisch verfitzten, nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern wie hier definiert. Das Gewebe ist von einer ausreichenden Strukturfestigkeit, um seine offene Gewebeform in Gegenwart von entflammbaren Flüssigkeiten wie etwa flüssigen Kohlenwasserstoffen beizubehalten und somit das Schwappen der Flüssigkeit zu vermeiden sowie im wesentlichen nicht-kompaktierend zu sein. Man kann verschiedene Grade an struktureller Starrheit und Steife des Gewebes durch Binden oder Vernetzen eines thermoplastischen oder thermofixierten Materials im Gewebe erreichen. Weiterhin ist das Produkt feuer- oder flammenbeständig und fungiert wirksam als Docht und Flammenblockierungsmittel, um das schnelle Auslaufen eines Großteils der im Gewebe eingeschlossenen entflammbaren Flüssigkeit zu verhindern, wodurch die Möglichkeit einer Explosion verringert wird. Die Dichtheit des erfindungsgemäßen Gewebes kann abhängig von der jeweiligen Anwendung für das Gewebe variiert werden, etwa um ein längeres Verweilen oder Zurückhalten des Flüssigkeitsstromes vorzusehen oder es kann so locker sein, um eine höhere Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes zu ermöglichen. Das Gewebe kann auch in seiner gewünschten Form und/oder Gestalt durch Bindung der benachbarten Fasern aneinander fixiert werden, wobei das Gewebe noch sehr offen bleibt, aber einen stabileren, unter Belastung weniger komprimierbaren Körper darstellt.
Sofern gewünscht, kann die Struktur ein Gemisch von linearen kohlenstoffhaltigen Fasern mit thermoplastischen oder thermofixierten Polymerfasern oder einer Fasermischung wie etwa einem Polyester oder einer Mischung eines hochschmelzenden Polyesters mit einem geringeren Gehalt einer tiefer schmelzenden Polyesterbindefaser enthalten, um eine Verdichtung und/oder eine gewisse Starrheit und Beständigkeit für die Struktur vorzusehen. Für diese Struktur ist es auch wünschenswert, daß sie eine ausreichende Menge an kohlenstoffhaltigen Fasern enthält, um feuerhemmende Eigenschaften vorzusehen.
Figur 1 ist eine Querschnittansicht eines Behälters für entflammbare Fluids und veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäßen, das Schwappen hemmenden, feuerhemmenden und/oder antistatischen Faserstrukturen werden aus nichtentflammbaren, kohlenstoffhaltigen Fasern, vorzugsweise aus Fasern gebildet, die nicht-linear und flexibel sind und die ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als etwa 1,2 : 1 und ein Aspektverhältnis (1/d) von mehr als 10 : 1 besitzen. Die nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern können eine sinusförmige oder eine spiralförmige Konfiguration oder eine kompliziertere strukturelle Kombination der beiden besitzen.
Die erfindungsgemäßen Fasern besitzen einen LOI-Wert von mehr als 40, wie durch die Testrnethode ASTM D 2863-77 bestimmt. Die Testmethode ist auch als "Sauerstoffindex" oder "Grenz- Sauerstoff-Index" (LOI) bekannt.
Die erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Fasern werden durch Hitzebehandlung eines kohlenstoffhaltigen Vorstufenmaterials hergestellt, wie etwa einem solchen, das aus Acrylmaterialien, Materialien auf Pechbasis wie etwa Petroleum- oder Kohleteer, oder anderen kohlenstoffhaltigen Polymermaterialien stammt, die zu linearen oder nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern oder Faserstrukturen gefertigt werden können, die thermisch stabil und in hohem Maße feuerbeständig sind.
Im Falle von Fasern auf Polyacrylnitrilbasis (PAN) werden die Fasern durch Schmelz- oder Naßspinnen einer geeigneten Flüssigkeit eines Vorstufenmaterials mit einem normalen nominellen Durchmesser von 4 bis 25 Mikrometer hergestellt. Das Vorstufenmaterial wird als Anordnung einer Vielzahl von kontinuierlichen Filamenten in Kabeln gesammelt und auf gebräuchliche Weise stabilisiert (im Falle von Fasern auf PAN-Basis durch Oxidation). Die oxidationsstabilisierten Kabel (oder aus geschnittenen oder reißgesponnenen Stapelfasern hergestelltes Stapelgarn) kann danach gemäß vorliegender Erfindung in eine sinusförmige oder eine andere nicht-lineare Gestalt gebracht werden, indem das Kabel oder Garn zu einem Gewebe oder Stoff gestrickt bzw. gewirkt wird (es ist klar, daß andere Gewebe- und Knäuelfertigungsmethoden verwendet werden können). Gewebe oder Stoff, die so erzeugt sind, werden danach bei einer Temperatur von 525ºC bis 750ºC in einer inerten Atmosphäre für eine ausreichende Zeitdauer hitzebehandelt, um eine hitzeinduzierte Thermofixierungsreaktion zu erzeugen, worin eine zusätzliche Quervernetzung und/oder eine zwischen den Ketten stattfindende Zyklisierungsreaktion zwischen der ursprünglichen Polymerkette stattfindet, wobei die Fasern oder das Faserkabel in einem entspannten und unbelasteten Zustand sind. Im tieferen Temperaturbereich von 150ºC bis 525ºC werden die Fasern mit einem variablen Ausmaß an zeitweiliger bis dauerhafter Fixierung versehen, während im oberen Temperaturbereich von 525ºC und mehr die Fasern mit einer im wesentlichen dauerhaften oder irreversiblen Hitzefixierung versehen werden. Es ist klar, daß andere Methoden der Gestaltformung wie etwa Kräuseln und Knäuelbildung in Kombination mit Thermofixierung verwendet werden können.
Unter im wesentlichen dauerhaft oder irreversibel thermofixiert ist zu verstehen, daß die Fasern einen Irreversibilitätsgrad in ihrer fixierten nicht-linearen Konfiguration besitzen. Insbesondere, wenn eine kohlenstoffhaltige Faser einmal in einer nicht-linearen Gestalt thermofixiert ist, kann sie zu einer wesentlich linearen Gestalt gestreckt werden, bei einem Entspannen der Faser wird sie aber immer in ihre nicht-lineare Gestalt zurückkehren. Es ist natürlich ersichtlich, daß die Faser oder Faseranordnung anfänglich im höheren Temperaturbereich hitzebehandelt werden kann, solange wie die Hitzebehandlung während die spiralförmige und/oder sinusförmige Konfiguration in einem entspannten oder unbelasteten Zustand ist und unter einer inerten, nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird. Als Ergebnis der Behandlung bei höherer Temperatur wird eine hitzefixierte spiralförmige oder sinusförmige Konfiguration oder Struktur in die Fasern, Garne, Kabel oder Fäden eingeführt. Die resultierenden Fasern, Kabel oder Garne mit der nicht-linearen Strukturkonfiguration, die durch Entwirken des Stoffs erhalten werden, behandelt man zur Auflockerung mit anderen in der Technik bekannten Methoden. Bei einer solchen Prozedur werden die nicht-linearen Fasern, Garne oder Kabel des Stoffs zu einem verfitzten, wolleartigen, flauschigen Material aufgetrennt, in dem die einzelnen Fasern ihre spiralförmige oder sinusförmige Konfiguration behalten, wobei ein flaum- oder watteartiger Körper von beträchtlicher Offenheit erhalten wird.
Der Flaum oder die Watte der Erfindung können abhängig von der gewünschten Anwendung alleine verwendet werden oder sie können mit einer geeigneten Barriereschicht aus flexiblem Blattmaterial oder Metall versehen sein.
Die stabilisierten Fasern behalten, wenn sie permanent z.B. durch Wirken bzw. Stricken und anschließendes Erhitzen bei einer Temperatur von mehr als etwa 550ºC in die gewünschte Strukturkonfiguration gebracht wurden, ihre flexiblen und reversiblen Auslenkungseigenschaften. Es ist klarzustellen, daß höhere Temperaturen von bis zu etwa 1500ºC verwendet werden können, man findet aber die höchste Flexibilität und bei einer Kardierung zur Erzeugung des Flaums den geringsten Verlust durch Faserbruch bei solchen Fasern und/oder Filamenten, die bei einer Temperatur von 525ºC bis 750ºC hitzebehandelt wurden.
Wenn die Vorstufen-stabilisierte Faser eine Acrylfaser ist, ist der prozentuale Stickstoffgehalt allgemein von 16 bis 25 %. Die Fasern eignen sich hervorragend zur Anwendung, wenn elektrische antistatische Eigenschaften erwünscht sind. Die daraus gebildeten Strukturen sind leicht, haben eine geringe Feuchtigkeitsabsorption, gute Abrasionsfestigkeit zusammen mit guter Erscheinung und Handhabbarkeit.
Kohlenstoffhaltige Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 85 % besitzen hervorragende thermische Stabilität und feuerhemmende Eigenschaften. Die spiralförmige Struktur in Form eines Flaums (bei Kardierung) stellt ein Gewebe zur Verfügung, das eine gute Komprimierbarkeit und Flexibilität zeigt, während es verbesserte feuerhemmende und elektrisch erdende Fähigkeiten behält. Die mit solchen Fasern hergestellte Struktur ist besonders bei leicht entflammbaren Anwendungen, wo die Erzeugung von Funken und Elektrostatik nicht toleriert werden kann, und in Hochtemperaturbereichen geeignet.
Die Vorstufen-stabilisierten, vorteilhaft bei einer Herstellung der Fasern der Strukturen eingesetzten Acryl-Filamente werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Acrylnitrilhomopolymeren, Acrylnitrilcopolymeren und Acrylnitrilterpolymeren besteht. Die Copolymere enthalten vorzugsweise mindestens etwa 85 Mol-% Acrylnitrileinheiten und bis zu 15 Mol-% von einer oder mehreren Monovinyleinheiten, die mit Styrol, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylpyridin und dgl. copolymerisiert sind. Die Acrylfilamente können auch Terpolymere umfassen, worin die Acrylnitrileinheiten mindestens etwa 85 Mol-% sind.
Weiterhin ist ersichtlich, daß in die als Vorstufen dienenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von metallischen Leitern durch Erhitzen des Faserflaums oder des watteartigen, geformten Materials auf eine Temperatur von oberhalb 1000ºC in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre eingeführt werden. Die elektrische Leitfähigkeitseigenschaft kann auch bei anderen ausgewählten Ausgangsmaterialien erreicht werden, wie etwa Pech (Petroleum- oder Kohleteer), Polyacetylen, Materialen auf Acrylnitrilbasis, z.B. ein Polyacrylcopolymer (PANOX oder GRAFIL-01 , Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.), Polyphenylen, Polyvinylidenchloridharz (SARAN , ein Warenzeichen von The Dow Chemical Company) und dgl..
Ein wolleartiger Flaum der erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Fasern kann mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel behandelt, genadelt, an einen flexiblen oder starren Träger gepackt oder geklebt werden, wobei beliebige gebräuchliche Materialien und Techniken abhängig von der Anwendung und Umgebung der Struktur eingesetzt werden. Der Flaum kann auf die Innenseite einer Struktur wie etwa einem Brennstofftank oder zwischen Strukturteile, wie etwa als Behälterverkleidung und Außenhaut entweder in Form einer Matte, eines Gewebes, eines Filzes, einer Watte oder einer ähnlichen Struktur gelegt werden. Günstigerweise kann man verschiedene Grade an struktureller Starrheit und Steife der kohlenstoffhaltigen Struktur durch Einlagerung eines gebundenen oder gehärteten thermoplastischen oder thermofixierten Polymermaterials in die Struktur erhalten. Dies erfolgt vorzugsweise durch Vermengen von thermofixierten oder thermoplastischen Polymerfasern mit den erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Fasern vor der Bildung der Struktur, einem anschließenden Härten oder Thermobinden oder durch Beschichten des Gewebes oder des Flaums mit einem thermoplastischen Harzmaterial und anschließendem Härten. Auch andere Versteifungsfasern wie etwa z.B. Hochleistungsfasern können mit den kohlenstoffhaltigen Fasern vermengt werden, um die Steife und die Beständigkeit des Gewebes zu erhöhen. Beispiele von Hochleistungsfasern sind KEVLAR (ein aromatisches Polyamid und ein Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.), NOMEX (eine Aramidfaser und ein Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.), Metaaramidfasern, Polybenzimidazol- (PBI) fasern und dgl..
Die spiralförmigen oder sinusförmigen kohlenstoffhaltigen Fasern und/oder Filamente werden derart ausgebildet, daß sie ausreichend elektrisch leitfähig sind, um eine elektrostatische Aufladung abzuleiten, bevor sie eine gefährliche Höhe erreicht. Weiterhin ist das Material feuer- oder flammenbeständig, dient als wirksame Barriere zur Verringerung des Ausfließens einer entflammbaren Flüssigkeit aus dem Behälter und besitzt die Fähigkeit, als Feuerhemmstoff zu wirken, wenn eine auslaufende Flüssigkeit aus dem Behälter sich entzünden sollte, wodurch die Möglichkeit einer Explosion verringert wird. Die Dichtheit des erfindungsgemäßen Gewebes kann derart variiert werden, um ein merkliches Verweilen oder Zurückhalten eines Flüssigkeitsstroms zu bewirken, oder es kann von einer solchen Lockerheit sein, um eine hohe Geschwindigkeit eines Flüssigkeitsstroms zu erlauben. Das Gewebe kann auch in seiner gewünschten Form und/oder Gestalt durch Aneinanderbinden der benachbarten Fasern fixiert sein, wobei das Gewebe noch sehr offen bleibt, aber ein stabilerer, unter Belastung weniger komprimierbarer Körper ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es wünschenswert, einen wie in der Figur veranschaulichten Schichtenaufbau zu haben. In dieser Ausführungsform werden Schichten der erfindungsgemäßen Struktur mit variierenden Steifegraden und folglich mit variierenden Graden an Brennstoffflußraten in den Behälter gelegt und eine unversteifte Struktur wird zwischen die Innenverkleidung und die Außenwand des Behälters gelegt, um bei einem Brechen des Behälters das Auslaufen von Brennstoff zu hemmen und als Feuerheininstoff zu wirken.
Sofern erwünscht, kann die Struktur auch eine thermoplastische Polymerfaser wie etwa eine Polyesterfaser oder dgl. enthalten, um für eine Verdichtung, Formbeständigkeit und zusätzliche Starrheit der Struktur zu sorgen.
Die folgenden Beispiele für die vorliegende Erfindung repräsentativ.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde eine flaum- oder wolleartige Struktur hergestellt, die besonders bei das Schwappen hemmenden und feuerhemmenden Anwendungen geeignet ist, wo eine elektrische Erdung der Struktur erforderlich ist.
Nach der in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0199567, veröffentlicht am 29. Oktober 1986, von F. P. McCullough et al, mit dem Titel "Carbonaceous Fibers with Spring-Like Reversible Deflection and Method of Manufacture" offenbarten Prozedur wurde ein stabilisiertes 3K OPF (d.h. oxidierte Polyacrylfaser mit 3000 Filamenten) PANOX Kabel auf einer Singer-Flachbettwirkmaschine bei einer Rate von 4 Stichen/cm gewirkt und anschließend bei einer Temperatur von 950ºC hitzebehandelt. Der Stoff wurde entwirkt und das Kabel (das eine Spiraldehnung oder ein reversibles Auslenkungsverhältnis von größer als 2 : 1 besaß) wurde in einen Stapel von 7,5 cm Länge geschnitten. Der geschnittene Stapel wurde dann auf einer Platt-Miniaturkardierungsmaschine kardiert, um einen wolleartigen Flaum mit Fasern im Bereich von 2,5 bis 6,5 cm Länge zu erzeugen. Der wolleartige Flaum hatte eine hohe elektrische Leitfähigkeit (einen Widerstand von weniger als 40 Ohm/cm) über jede Länge, wobei bis zu 60 cm getestet wurden.
Anstelle von PANOX kann man auch stabilisierte Fasern auf Pechbasis oder ein Copolymer oder ein Terpolymer von Polyacrylnitril verwenden.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde eine flaum- oder wolleartige Struktur hergestellt, die besonders bei das Schwappen hemmenden und feuerhemmenden Anwendungen geeignet ist, wo eine elektrische Erdung der Struktur erforderlich ist.
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Teil desselben gewirkten Strumpfs auf eine Temperatur von 1550ºC erhitzt. Der Stoff selbst und das entwirkte Kabel hatte eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit. Nach Kardieren von 15 cm langen Stücken an geschnittenem Kabel wurde ein wolleartiger Flaum erhalten, der Faserlängen von 2,5 bis 7,5 cm mit einer mittleren Länge von 5 cm aufwies. Folglich ist man durch Kardieren eines entwirkten Gewebes aus einem kontinuierlichen Filamentkabel, das einer Temperatur von oberhalb 1000ºC ausgesetzt worden ist, immer noch in der Lage ein wolleartiges Flaumprodukt zu erzeugen.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde eine Struktur, die als ein das Schwappen hemmendes, antistatisches und feuerhemmendes Mittel wirkt, das Flammenfronten von Benzin- oder Naphthadämpfen hemmen kann, wie folgt hergestellt:
Unter Verwendung der Prozedur von Beispiel 1 wurde ein 6K OPF Kabel zu einem Gewebe gewirkt, das Gewebe bei 650ºC bis zur thermischen Fixierung behandelt und danach entwirkt, um ein nicht-lineares kohlenstoffhaltiges Faserkabel zu erzeugen, das anschließend in Stapel mit einer nominalen Länge von 14 bis 17 cm geschnitten wurde. Dieser so geschnittene Stapel wurde auf einem Shirley-Öffner aufgelockert und auf einer Rando Webber Maschine, einem Düsensystem zur Erzeugung nichtgewebter Watte, weiterverarbeitet. Die Zufuhrplatte und die Kämmwalze waren in einem Abstand von 0,3 mm angeordnet und dispergierten unter Verwendung einer Einstellung von 1200 UPM auf dem Ventilator in die Kammer. Etwa 50 % Polyesterfaser mit 6 Denier wurden mit den aufgelockerten, nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern in der Vormischzone der Rando Webber vermischt. Die resultierende Watte wurde durch einen bei einer Temperatur von 260ºC gehaltenen Benz-Heißluftofen mit einer Rate von 2 m/Minute geleitet, was zu einer Ofenzeit von etwa 1 Minute führte. Dies reichte aus, um die Polyesterfasern zu erweichen, so daß eine leichte Bindung der kohlenstoffhaltigen Fasern im Gewebe erreicht wurde. Diese Struktur hatte hervorragende Antistatik- und Steifeeigenschaften und es wurde gefunden, daß sie sich besonders in Anwendungen eignete, wo gute Brennstofffließraten erforderlich sind.

Beispiel 4

A. Auf eine Weise, die der im Beispiel 3 beschriebenen Prozedur ähnlich war, wurden die geschnittenen Fasern in einem Shirley-Öffner und anschließend in einem Rando Webber Düsensystem behandelt, wobei aber etwa 1 % niederschmelzende EAA (Ethylen-Acrylsäure) Bindemittelfasern zugegeben wurden.
B. Der Flaum und/oder die Wolle von Teil A. wurde teilweise mit einem Epoxidharz zur Herstellung von Strukturen mit variierender Starrheit beschichtet. Der Flaum oder die Watte wurde in einem Laborabzug auf ein Streckmetallgitter gelegt. Eine Serie von Proben, die als Proben A bis E bezeichnet waren, wurde auf allen Seiten mit einem Novolak- Epoxidharz (D.E.N. 438, ein Warenzeichen von The Dow Chemical Company) als 20 %-ige Lösung in Aceton besprüht, dem (in einem Verhältnis von 28 zu 100 der verwendeten Epoxidmenge) Methylendianilin als Härtungsmittel zugesetzt worden war. Probe F wurde auf allen Seiten mit einem aliphatischen Diepoxidharz (D.E.R. 732) als 20 %-ige Lösung in Methylethylketon besprüht, dem (in einem Verhältnis von 31 zu 100 der verwendeten Epoxidmenge) Methylendianilin als Härtungsmittel zugesetzt worden war. Nach Austreiben des Acetons aus jeder Probe unter einer Heizlampe wurde die beschichtete Probe in einen Ofen bei 105ºC gelegt. Die Temperatur wurde auf 125ºC erhöht, wo sie für etwa 1 Stunde gehalten wurde. Dann wurde die Ofentemperatur auf 170ºC erhöht und dort für eine weitere Stunde gehalten. Nach Kühlung wurde jede Probe zur Bestimmung des prozentualen Harzanteils gewogen. Auch Messungen des elektrischen Widerstands wurden bei jeder Probe gemacht. Die Ergebnisse sind in Tabelle I wie folgt zusammengefaßt: Tabelle I Probe Verhältnis Epoxid:Faser R-Oberfläche (Megaohm/sq.)
Die Steife und die Geschwindigkeit des Brennstoffflusses durch die Watte entsprach der relativen Menge an Epoxidbeschichtung auf jeder Watte. Watte A besaß die größte Steife und hatte die beste Brennstofffließgeschwindigkeit, während Watte E am weichsten war und die geringste Steife und somit eine höhere Brennstofffließrate hatte. Überraschenderweise zeigt dieses Beispiel auch, daß die Watten gute antistatischen Eigenschaften über einen weiten Beschichtungsbereich an Epoxidbeschichtung behalten.

Beispiel 5

Die Watte von Beispiel 4 wurde auf einer Hunter Faserverschließeinrichtung verarbeitet, um eine mechanische Bindung durch das Nadelungsverfahren zu erhalten. Die resultierende Struktur war als antistatische, das Schwappen hemmende und feuerhemmende Behälter-Außenverkleidungsstruktur in einem Behälter für entflammbare Fluids geeignet.

Beispiel 6

Gemäß der in der europäischen Anmeldung Nr. 0199567 offenbarten Prozedur wurde ein 6K OPF (d.h. oxidierte Polyacrylfaser mit 6000 Filamenten) stabilisiertes PANOX Kabel auf einer Flachbettwirkmaschine bei einer Rate von 3 Stichen/cm zu einer Rechts-Linksware gewirkt und dann bei einer Temperatur von 550ºC hitzebehandelt. Der Stoff wurde entwirkt und das Kabel (das eine Spiraldehnung oder ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1 hatte) wurde zu einer 7,5 cm langen Stapelware geschnitten. Die geschnittene Stapelware wurde dann auf einer Platt-Miniaturkardierungsmaschine kardiert, um einen wolleartigen Flaum mit Fasern im Bereich von 6,5 cm bis 7,5 cm Länge zu erzeugen. Der wolleartige Flaum hatte eine meßbare elektrische Leitfähigkeit (einen Widerstand von weniger als 125 KOhm/2,5 cm). Ein kleiner Anteil des resultierenden Flaums (0,14 g) wurde in einen 75 ml Labor-Weithalskolben gegeben. Es wurde kein Druck dazu verwendet, um mehr als das freie Volumen des Flaums in den Kolben zu legen. Der Kolben wurde anschließend zu 90 % mit 55 g eines hochreinen flüssigen Kohlenwasserstoffs (Kerosin) gefüllt und abgedichtet. Der elektrische Widerstand über 2,5 cm Kerosin war ohne Flaum größer als 20 Megaohm und mit Flaum geringer als 125 KOhm (dieser Wert von weniger als 125 KOhm über 2,5 cm liegt gut innerhalb des antistatischen Bereichs). Der Kolben wurde geschüttelt und mehrere Male umgedreht und es wurde der Einschluß von Luftblasen sowie eine signifikante, das Schwappen hemmende Wirkung aufgrund des Flaums beobachtet. Während des Umdrehens wurde die kohlenstoffhaltige Faserwatte um etwa 10 % zusammengedrückt. Der Kolben wurde geöffnet und das Kerosin wurde frei aus dem Kolben gegossen. Dieses Beispiel zeigte, daß die Flaumstruktur in einem Behälter mit geringer Kopfhöhe (etwa 7,5 cm) freitragend und als das Schwappen hemmende und antistatische Struktur wirksam ist.

Beispiel 7

Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um zu zeigen, welche Wirkung eine Erhöhung der Dichte einer kohlenstoffhaltigen Faserstruktur, die mit einem Epoxidharz leicht beschichtet ist, auf die durch die Struktur zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge besitzt.
Eine Portion von 0,48 g von Probe E aus Beispiel 4B (Verhältnis von Epoxidharz zu Faser 0,35 : 1) wurde in eine 125 ml Flasche gegeben, und die Flasche wurde mit 100,12 g Kerosin gefüllt. Die Flasche wurde umgedreht und das Kerosin wurde für eine Dauer von etwa 30 Sekunden aus der Flasche fließen gelassen. Das Kerosin, das aus der Flasche floß, wog 91,65 g. Somit wurden 8,47 g in der Flasche zurückgehalten. Eine zweite Flasche wurde mit 0,99 g der beschichteten Probe gefüllt, und die Flasche wurde mit 96,6 g Kerosin gefüllt. Die Flasche wurde umgedreht und das Kerosin wurde für 30 Sekunden aus der Flasche auslaufen gelassen. 79,71 g des Kerosins flossen aus der Flasche. Somit wurden 16,89 g oder 17,3 Gew.-% durch die Struktur in der Flasche zurückgehalten. Dieses Beispiel zeigte, daß ein Ansteigen in der Strukturdichte die durch die Struktur zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge erhöht, wenn die Struktur mit einem Epoxidharz leicht beschichtet ist.

Beispiele 8 und 9

Diese Beispiele wurden durchgeführt, um die Wirkung der durch eine Beschichtung der kohlenstoffhaltigen Faserstruktur verursachten Steife gegenüber den Brennstofffließeigenschaften zu zeigen.
In einem ersten Experiment wurden 4,63 g einer unbeschichteten kohlenstoffhaltigen Faserwatte von Beispiel 4A in einen 125 ml Labor-Weithalskolben gelegt, in den 85 g Kerosin gegeben worden waren. Der die unbeschichtete erfindungsgemäße Struktur enthaltende Kolben wurde mehrere Male gedreht und geschüttelt. Dann wurde der Kolben geöffnet und für 30 Sekunden umgedreht, wobei während dieses Zeitintervalls 1,7 g oder 2 % des Prozents aus dem Kolben flossen. Etwa 98 % des Kerosins wurden durch die Struktur zurückgehalten.
In einem zweiten Experiment wurden 4,63 g einer beschichteten kohlenstoffhaltigen Faserwatte von Probe F aus Beispiel 4B in den 125 ml Labor-Weithalskolben gelegt, in den 85,57 g Kerosin gegeben worden waren. Der die beschichtete erfindungsgemäße Struktur enthaltende Kolben wurde mehrere Male gedreht und geschüttelt. Dann wurde der Kolben geöffnet und für 30 Sekunden umgedreht, wobei während dieser Zeitdauer 82,46 g oder 95,3 % des Kerosins aus dem Kolben flossen. Weniger als 5 % des Kerosins wurden durch die versteifte, beschichtete Struktur zurückgehalten.
Diese Experimente zeigen, daß die Brennstoffretention eine Funktion der Steife der Struktur und nicht der Masse der Struktur an sich ist. Die unbeschichtete Watte wäre daher sehr nützlich als Außenverkleidung für einen Brennstofftank, um im Falle eines Lochs oder Brechens des Tanks ein Verspritzen von Brennstoff zu vermeiden, während das beschichtete Beispiel im Inneren eines Brennstofftanks sehr nützlich wäre, wo das Schwappen hemmende, feuerhemmende und antistatische Eigenschaften und gute Fließraten erforderlich sind.

Beispiele 10 bis 13

In einer andere Beispielsserie wurden die Fließraten und die das Schwappen hemmenden Charakteristika verschiedener Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und mit einer gegenwärtig verwendeten Schaumstoffstruktur verglichen. Ein nominelles 15 cm OD PYREX (ein Warenzeichen von Corning Glass Works) Glasrohr mit 1,8 m Länge wurde an beiden Enden mit abnehmbaren Platten abgedichtet, wobei Ventile in die Platten eingepaßt waren. Das Rohr wurde an seinem Mittelstück in einer Kippanordnung aufgehängt, so daß das gesamte Rohr um 360º geschwenkt und/oder gedreht werden konnte. Dieses Rohr wurde mit jedem auf Schwapp- und Auslaufcharakteristika getestetem Materialbeispiel gepackt.
Die in dieser Beispielserie getesteten Materialien waren 600 g Standardblau-Polyetherurethan-Netzschaumstoff, eine 400 g Probe von Beispiel 4A und Proben A (275 g), B (356 g) und D (300 g) von Beispiel 4B, wobei die letztgenannten vier Beispiele Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Materials umfassen. Die Probe von Beispiel 4A hatte keinen Versteifungsüberzug, während die restlichen Proben unterschiedliche Mengen an Überzügen wie in Tabelle I beschrieben besaßen. Das Rohr wurde mit 31,5 Liter Kerosin gefüllt und die Teilauslaufgeschwindigkeiten wurden gemessen. Dann wurde das Rohr um 180º gedreht, um die relativen, das Schwappen hemmenden Eigenschaften für jedes Beispiel zu messen. "Zeit 1" in Tabelle II bedeutet die Zeit in Sekunden, in der sich 80 % von 10,5 Liter Kerosin von der Spitze bis zum Boden des 1,8 m Rohres bewegten, während "Zeit 2" die Zeit in Sekunden bedeutet, in der 90 % der 10,5 Liter (33 % voller Tank) Kerosin nach der Drehung von der Spitze bis zum Boden zurückschwappen. Bei einem Gesamtauslauftest mit 31,5 Liter wurden in Beispiel 13 0,35 Liter Fluid oder nur 1,1 % Brennstoff zurückgehalten. Tabelle II Schwapptest (sek) Beispiel Nr. Probe Anteil Ablauf Zeit (sek) Vergleichsprobe Blauer Schaumstoff Kein Überzug

Beispiel 14

Ein lineares 6K Kabel aus oxidierter Polyacrylfaser PANOX (OPF) wurde ähnlich der in Beispiel 3 beschriebenen Hitzebehandlung bei 650ºC hitzebehandelt. Dieses heißfixierte, lineare Faserkabel wurde auf 7,5 cm Stapellänge geschnitten, mit Wirbelluft geöffnet und mit 75 % Polyesterfaser von 6 Denier vermischt und zu einer 2,5 cm dicken Watte mit einer Massendichte von etwa 9 kg/m³ gefertigt. Diese Watte wurde dann in einem Benz-Heißluftofen auf ähnliche Weise wie in Beispiel 3 thermisch gebunden. Dieses Material bestand den vertikalen Brenntest wie in der ASTM-Testprozedur 14 CFR 25.853b beschrieben und hatte einen elektrischen Widerstand von weniger als 1 Megaohm/2,5 cm (im wirksamen antistatischen Bereich).
Dieses Material erwies sich als wirkames Feuerfestmaterial, das sich als eine das Schwappen hemmende, antistatische, feuerhemmende Struktur eignet.

Beispiel 15

Ein lineares 6R Faserkabel aus oxidierter Polyacrylfaser PANOX (OPF) wurde ähnlich der in Beispiel 3 beschriebenen Hitzebehandlung bei 650ºC Hitze behandelt. Dieses heißfixierte, lineare Kabel wurde zu einer Stapellänge von 7,5 cm geschnitten, mit Wirbelluft geöffnet und mit 60 % hochschmelzender Polyesterfaser von 6 Denier, 15 % niederschmelzender Polyesterbindefaser vermischt und zu einer 2,5 cm dicken Watte mit einer Dichte von etwa 9 kg/m³ gefertigt. Diese Watte wurde dann in einem Benz-Heißluftofen auf ähnliche Weise wie in Beispiel 3 thermisch gebunden, außer daß die Temperatur des Ofens zwischen den Schmelzpunkten der regulären Polyesterfaser und der tieferschmelzenden Polyesterbindefaser eingestellt wurde. Dies ermöglichte nur ein Schmelzen der Bindefaser und erzeugte eine Watte mit einer geringeren Dichte und einer größeren Offenheit als die in Beispiel 14 hergestellte. Dieses Material bestand den vertikalen Brenntest wie in 14 CFR 25.853b beschrieben und hatte einen elektrischen Widerstand von weniger als 1 Megaohm/2,5 cm (im wirksamen antistatischen Bereich). Dieses Material erwies sich als wirksames Feuerfestmaterial, das sich als eine das Schwappen hemmende, antistatische, feuerhemmende Struktur eignet.

Claims

1. Verwendung von nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 in einer feuerhemmenden Struktur zur Anwendung bei Behältern für die Aufnahme entflammbarer Fluids.

2. Verwendung der Fasern nach Anspruch 1, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern aus nicht-linearen Fasern oder Mischungen von nicht-linearen Fasern und linearen Fasern ausgewählt sind, worin die linearen Fasern in der Mischung in einer Menge von weniger als 15 % auf Basis des Fasergesamtgewichts vorhanden sind.

3. Verwendung der Fasern nach Anspruch 2, worin die nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern eine sinusförmige oder spiralförmige Konfiguration und ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mindestens 1,2 : 1 besitzen.

4. Verwendung der Fasern nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern ein Aspektverhältnis von größer als 10 : 1 und einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 % besitzen.

5. Verwendung der Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern elektrisch leitfähig sind, einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 85 Gew.-%, einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10&supmin;¹ Ohm-cm besitzen.

6. Verwendung der Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht elektrisch leitfähig sind und keine elektrostatische Ableitungseigenschaften besitzen, wobei die Fasern einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 Gew.-%, aber weniger als 85 Gew.-%, einen elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm-cm besitzen.

7. Verwendung der Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern eine geringe elektrische Leitfähigkeit und geringe elektrostatische Ableitungseigenschaften besitzen, wobei die Fasern einen elektrischen Widerstand von 4 x 10&sup6; bis 4 x 10³ Ohm/cm besitzen.

8. Verwendung der Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltige Faserstruktur in Form eines wolleartigen Flaums, eines Gewebes, einer Matte oder einer Watte ist und eine Vielzahl von verfitzten, kohlenstoffhaltigen kontinuierlichen Fasern oder Stapelfasern mit einer Massendichte von 2,4 bis 32,0 kg/m³ umfaßt.

9. Verwendung der Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltige Faserstruktur einen organischen oder anorganischen Binder enthält.

10. Verwendung der Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die kohlenstoffhaltige Faserstruktur durch Bindung der kohlenstoffhaltigen Fasern in der Struktur aneinander mit einem thermofixierten oder thermoplastischen Polymerbinder versteift wird, um eine Struktur mit struktureller Beständigkeit zu erzeugen und um in Gegenwart des entflammbaren Fluids eine offenporige Struktur beizubehalten.

11. Verwendung der Fasern nach Anspruch 9 oder 10, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern weniger als 25 Gew.-% des Binders enthalten und der Binder aus Polyesterfasern oder einem Epoxidharz ausgewählt ist.

12. Verwendung der Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern mit Hochleistungs-Polymerfasern vermischt werden.

13. Verwendung der Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern von Sauerstoff-stabilisierten Acrylfasern mit einem Durchmesser von 4 bis 25 Mikron stammen.

14. Verwendung der Fasern nach Anspruch 13, worin die Acrylfasern aus Acrylnitril-Homopolymeren, Acrylnitril-Copolymeren und Acrylnitril-Terpolymeren ausgewählt sind, worin die Copolymere und Terpolymere mindestens 85 Mol-% Acryleinheiten und bis zu 15 Mol-% von einer oder mehreren mit einem anderen Polymer copolymerisierten Monovinyleinheiten enthalten.

15. Behälter zum Aufnehmen einer entflammbaren Flüssigkeit und/oder eines entflammbaren Gases, worin die Innenseite des Behälters eine kohlenstoffhaltige Faserstruktur enthält, wobei die kohlenstoffhaltige Faserstruktur eine Vielzahl von im wesentlichen irreversibel heißfixierten, nicht-entflammbaren, kohlenstoffhaltigen kontinuierlichen Fasern oder Stapelfasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 enthält, worin die kohlenstoffhaltige Faserstruktur in Form eines wolleartigen Flaums, eines Gewebes, einer Matte oder Watte ist, und worin gegebenenfalls mindestens ein Teil einer Außenoberfläche des Behälters mit der gleichen kohlenstoffhaltigen Faserstruktur bedeckt ist.

16. Behälter nach Anspruch 15, worin die kohlenstoffhaltige Faserstruktur innerhalb des Behälters eine Massendichte von 2,4 bis 32 kg/m³ besitzt und mit einem thermofixierten oder thermoplastischen Polymerbinder versehen ist, um ein Gewebe mit einer strukturellen Beständigkeit zu bilden, so daß in Gegenwart einer Flüssigkeit eine offenporige Struktur beibehalten wird.

17. Behälter nach Anspruch 15 oder 16, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern eine spiralförmige und/oder sinusförmige Gestalt mit einem reversiblen Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1 besitzen.

18. Verfahren zur Bereitstellung eines feuerhemmenden Behälters für einen entflammbaren Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit einer Faserstruktur versehen wird, die eine Vielzahl von nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, umfassend den Schritt des Positionierens der Faserstruktur innerhalb des Behälters, um ein Schwappen des Brennstoffs zu vermeiden und um den Aufbau einer elektrostatischen Ladung im Behälter abzuleiten.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, umfassend den Schritt des Bedeckens von mindestens einem Teil einer Außenoberfläche des Behälters mit der kohlenstoffhaltigen Faserstruktur in einer ausreichenden Menge, um den Durchtritt einer Flammenfront der entflammbaren Flüssigkeit und/oder des entflammbaren Gases durch einen Riß im Behälter zu hemmen.