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Die U.S.-Regierung verfügt über Rechte auf diese Erfindung
entsprechend dem Kontrakt Nr. DAAK60-87-0061, vergeben von dem
Department of the Army.
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Diese Erfindung bezieht sich auf Isoliermaterialien und
bezieht sich insbesondere auf Isolationsmaterialien, geeignet für die
Anwendung in Schlafsäcken und Bekleidung, wobei die Isolation erzeugt
wird aus einer kontinuierlichen Faserhede.
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Kontinuierliches Faser-Isolationsmaterial ist wohlbekannt und
im Handel erhältlich, auf dem Markt unter dem Warennamen "POLARGUARD".
Dieses Material hat hervorragende mechanische Eigenschaft, aber seine
thermische Eigenschaft ist deutlich schlechter als das beste erhältliche
synthetische, thermische Isolationsmaterial. POLARGUARD ist eine
Polyesterhede mit kontinuierlicher Faser mit Einzelfasern mit einem
Durchmesser von etwa 23 Mikron. Ein deutlicher Vorteil eines Aufbaus aus
kontinuierlicher Faser besteht darin, daß die resultierende Faserbahn
einen hohen Grad mechanischer Integrität aufweist, der erzielt wird
durch die inhärente hohe Verbindbarkeit der Bahn. Diese mechanische
Integrität ist ein extrem wertvoller Vorteil, da sie die Handhabung der
Bahn in allen nachfolgenden Herstellungsprozessen vereinfacht. Darüber
hinaus ermöglicht sie die Anwendung von Schindelaufbautechniken in der
Fügung von Schlafsäcken und isolierender Bekleidung, was kalte Stellen
eliminiert, die gewöhnlich an Stepplinien vorliegen.
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Es ist generell bekannt, daß die Isoliereigenschaften von
Fasermaterial sich verbessern mit absinkendem Durchmesser der Fasern,
bis ein optimaler Faserdurchmesser erreicht ist. Darüber hinaus führt
eine weitere Verringerung des Durchmessers der Fasern zu einer Abnahme
der thermischen Güte des Materials. Für Polyestermaterial, dasselbe
Material wie bei POLARGUARD verwendet, ist ein Durchmesser von etwa 6
Mikron das Optimum für maximale Isoliereigenschaften, und bei jedem
Faserdurchmesser der größer als dieser Wert ist, nehmen die thermischen
Isolationseigenschaften mit zunehmendem Faserdurchmesser ab. Bei
Durchmessern, die mehr als das Dreifache dieses Minimums betragen, beginnt
die thermische Güte des Faserisolationsmaterials sich sehr deutlich zu
verschlechtern.
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Eines der Probleme bei kontinuierlichen Faserisolatoren großer
Fülle, wie beispielsweise POLARGUARD, besteht darin, daß wegen der
Zusammensetzung generell aus Makrofasern in der Größenordnung von 23
Mikron Durchmesser oder etwa 5,5 dtex (5 Denier) sie weniger effizient
als Isolatoren sind und bei Kompression viel steifer sind als
beispielsweise natürliche Daunen. Diese Kompressionssteife ist ein deutlicher
Nachteil in der Anwendung, da beispielsweise Schlafsäcke, welche
kommerziellen hochfülligen Isolator enthalten, nicht in ein kleines Volumen
gepackt werden können, wie es ähnliche Säcke aus natürlichen Daunen
aufnehmen könnten.
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Bekanntlich bestehen natürliche Daunen, die man von
Wassergeflügel erhält, aus Fasern mit einem Bereich von Durchmessern; diese
können als Mikrofasern klassifiziert werden, die zu der
Hauptisolationseffizienz beitragen, und Makrofasern, welche die wünschenswerten
Kompressions- und Füllecharakteristiken schaffen. Es ist die
Wechselwirkung der beiden, welche die einmaligen Eigenschaften natürlicher
Daunen herbeiführen. Die vorliegenden Anmelder haben dies festgestellt
und haben ein Synthetikfaser-Isolationsmaterial entwickelt, das nun im
Handel erhältlich ist unter dem Warennamen "PRIMALOFT". Dieses Material
ist im einzelnen in US-Patentschrift Nr. 4588635 beschrieben. Bei diesem
Material wird die thermische Güte erzielt durch die Verwendung von
Fasern kleinen Durchmessers mit Zusatz von kleinen Anteilen von Fasern
größeren Durchmessers und/oder Haftmittel, um das mechanische Verhalten
zu verbessern.
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Der Fachmann erkennt, daß dann, wenn das Fasermaterial seiner
Natur nach kontinuierlich ist, eine geringere Notwendigkeit besteht, auf
Fasern größeren Durchmessers aufzubauen für die Aufrechterhaltung der
mechanischen Eigenschaften.
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Die Polyesterfasern relativ großen Durchmessers, angewandt in
dem POLARGUARD-Material, führen zu einer thermischen Gesamtgüte, die
deutlich unter der des "PRIMALOFT"-Typ-Materials liegt, hergestellt
beispielsweise durch die Verfahren und Techniken, beschrieben in der
US-Patentschrift Nr. 4588635. Demgemäß gibt es einen erheblichen Vorteil
durch das Herstellen eines Isolators aus kontinuierlicher Faser mit
verbesserten thermischen Eigenschaften gegenüber jenen der
traditionellen Materialen, wie "POLARGUARD", auf die oben Bezug genommen wurde, und
der gleichzeitig in ein kleineres Volumen verpackt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein isolierendes Material,
umfassend kontinuierliche Fasern eines synthetischen Materials, bei dem
die Fasern durch ein Strecken und nachfolgendes Entspannen einer
gekräuselten Hede der Fasern separiert worden sind, und bei dem das
Material eine Dichte PF von 3,2 bis 16,0 kg/m³ (0,2 bis 1,0 lb/ft³)
aufweist, welches Material dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fasern einen
mittleren Durchmesser von 4 bis 20 Mikron aufweisen, das Material eine
scheinbare thermische Leitfähigkeit Kc von weniger als 0,052 W/m-K (0,36
Btu-in/hr-ft²-ºF) aufweist, gemessen durch das Platte-Platte-Verfahren
gemäß ASTM C518 mit Wärmeabfluß, und daß die resultierende Fadenstruktur
einen Strahlungsparameter, definiert als Schnittpunkt auf der
Ordinatenachse bei Dichte null, eines Diagramms von Kc PF über PF von weniger als
0,212 (W/m-K)(kg/m³) aufweist [0,092(Btu-in/hr-ft²-ºF)(lb/ft³)].
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Die Faser kann eine Polyesterfaser umfassen mit einem Denier
von 0,17 bis 4,4 dtex (0,16 bis 4,0 Denier). In einer bestimmten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Faser eine
Polyesterfaser von 0,9 bis 2,1 dtex oder 0,8 bis 1,9 Denier (9 bis 14 Mikron).
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Man erkennt, daß die Fasern von einer Abmessung sein müssen,
die hinreicht, die mechanischen Eigenschaften zu verleihen, die
erforderlich sind, um normalem Verschleiß und Reinigungsvorgängen zu
widerstehen, und gleichzeitig hinreichende mechanische Eigenschaften
verleiht, daß die Hede erfolgreich dem Aufspreizprozeß unterworfen werden
kann.
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Unter einem bestimmten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann
die Hede aufgelöst werden durch Luftaufspreizen (beispielsweise in der
Art und Weise, wie in der US-Patentschrift Nr. 3,423,795 beschrieben),
wobei das Aufspreizen in einer Mehrzahl von Stufen bewirkt wird, in
deren welcher die Hede zu jeweils größerer Breite gespreizt wird als in
der vorhergehenden Stufe.
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Unter einem bestimmten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann
die Faser aufgespreizt werden zur Bildung einer Lage.
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Es ist bevorzugt, daß das Isoliermaterial eine Dichte von 3,2
bis 13 kg/m³ (0,2 bis 0,8 lb/ft³) und eine scheinbare thermische
Leitfähigkeit Kc aufweist, wie gemessen durch das Platte-Platte-Verfahren
gemäß ASTM C518 mit Wärmeabfluß von vorzugsweise weniger als 0,043 W/m-K
(0,30 Btu-in/hr-ft²-ºF).
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Kontinuierliche Fasern, die besonders geeignet sind für die
Anwendung bei der vorliegenden Erfindung, können ausgewählt werden aus
einem oder mehreren von Polyester, Nylon, Kunstseide, Acetatseide,
Acrylharz, Modacrylharz, Polyolefine, Polyaramide, Polyimide,
Fluorcarbone, Polybenzimidazole, Polyvinylalkohole, Polydiacetylene,
Polyätherketone, Polyimidazole und Phenylensulfidpolymeren, wie jene, die im
Handel unter dem Warennamen RYTON erhältlich sind.
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Einige Materialien, wei beispielsweise
Polyphenylensulfidfasern, aromatische Polyamide des Typs, der im Handel unter dem
Warennamen "APYIEL" erhältlich ist, und Polyimidfasern, wie jene, die von
Lenzing AG in österreich unter der Bezeichnung P84 hergestellt und
vertrieben werden, weisen flammenhemmende Eigenschaften auf oder sind
nicht entflammbar. Solche Materialien können deshalb verbesserte
Entflammungs- oder Feuerfesteigenschaften den hergestellten Produkten
verleihen, welche Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Die Verknüpfung in den Strukturen gemäß der Erfindung können
zwischen den Fasern an mindestens einigen ihrer Kontaktpunkte vorliegen.
Der Zweck der Aneinanderhaftung ist, die Tragfähigkeit für und Steife
innerhalb der Struktur zu verbessern, wodurch deutlich die mechanischen
Eigenschaften des Isoliermaterials verbessert werden.
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Diese Faser-Faser-Aneinanderhaftung erhöht natürlich die
Steife in einem Maße, daß das isolierende Material einen erhöhten
Widerstand gegen Kompression aufweist und sich den mechanischen Eigenschaften
etablierter Materialien anzunähern beginnt, wie beispielsweise
POLARGUARD, worauf oben bezug genommen wurde. In diesem Fall jedoch
zeigen die verbesserten Isolationseigenschaften immer noch deutlichen
Vorteil gegenüber dem Material nach dem Stand der Technik.
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Jegliche Mittel zum Anhaften zwischen den Fasern können
ausgenutzt werden, wie beispielsweise durch Zusatz von Feststoff-,
gasförmigen oder flüssigen Haftmitteln, entweder thermoplastisch oder
thermisch härtend oder durch Vorsehen von autologen Haftungen, bei denen die
Fasern dazu gebracht werden, direkt aneinanderzuhaften durch die Wirkung
eines zwischengeschalteten chemischen oder physikalischen Mittels.
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Das Anhaftverfahren ist nicht kritisch und unterliegt nur dem
Erfordernis, daß das Aneinanderhaften unter Bedingungen ausgeführt
werden sollte derart, daß die Faserkomponente nicht ihre strukturelle
Integrität verliert. Fachleute werden verstehen, daß jede merkbare
Änderung in den Fasern des Isoliermaterials während des
Aneinanderhaftens die thermischen Eigenschaften nachteilig beeinflussen wird. Der
Anhaftschritt soll deshalb ausgeführt werden unter Aufrechterhalten der
mechanischen Eigenschaften und Abmessungen der Faserkomponenten und der
Gesamtheit, soweit dies möglich ist.
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In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann das Aneinanderhaften innerhalb der Struktur bewirkt werden durch
Erhitzen der Gesamtheit der Fasern während einer bestimmten Zeit und auf
eine Temperatur, die hinreicht, um die Fasern zum Aneinanderhaften zu
bringen.
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In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann das Aneinanderhaften innerhalb der Struktur bewirkt werden durch
Besprühen der Ober- und Unterseite des Isoliermaterials mit einer Acryl-
Latex-Emulsion (Methylacrylat), Rohm und Haas Nr. TR407, und
nachfolgendes Trocknen und Aushärten des Latex durch Durchlaufenlassen der Probe
durch einen Ofen bei 240ºF (116ºC) mit einer Einwirkzeit von 8 Minuten.
Der Trockengewichtszusatz der Latex-Haftkomponente ist etwa 10%.
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Das Vorhandensein der Kräuselung in dem Hedematerial sollte
vorzugsweise so sein, daß das Material eine Primärkräuselung innerhalb
des Bereichs von 3 bis 10 Kräuseln/cm (8 bis 26 Kräusel pro Zoll) und
eine Sekundärkräuselung von 0,5 bis 2 Kräuseln/cm (2 bis 5 Kräusel pro
Zoll) aufweist.
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Nachfolgend wird beispielshalber eine Beschreibung von
Verfahren zur Realisierung der Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen wiedergegeben.
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In den Zeichnungen zeigen
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Figur 1 ein Diagramm der scheinbaren thermischen Leitfähigkeit
und des Polarmoments als eine Funktion des Faserdurchmessers für mehrere
Isolatorbeispiele.
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Figur 2 ein Diagramm der scheinbaren thermischen Leitfähigkeit
als Funktion der Dichte für verschiedene Isolatorbeispiele.
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Die Beziehungen zwischen den thermischen und mechanischen
Eigenschaften von Isolatoren niedriger Dichte und dem Durchmesser der
Komponentenfasern sind in Figur 1 dargestellt. Kurve 1 repräsentiert das
thermische Verhalten der Fasergesamtheit, und der Maßstab und die
Einheiten entsprechend diesem Diagramm sind auf der Vertikalachse auf der
linken Seite der Figur wiedergegeben. Die Daten werden abgeleitet von
drei getrennten Faserkonfigurationen, doch zeigt sich eine deutliche
Kontinuität im Verhalten, und wir nehmen an, daß das Diagramm ein
einziges Phänomen repräsentiert, das in hohem Maße unabhängig ist von den
Details der Gesamtheit.
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Die drei experimentellen Punkte, die als offene Kreise gezeigt
sind, sind für das kommerzielle Produkt POLARGUARD (23 Mikron
Faserdurchmesser) und zwei Ausführungsformen des vorliegenden Konzepts
bestimmt. Alle drei sind Bereiche von kontinuierlicher Polyesterfaser
und die Gesamtheit von 7,5 Mikron Durchmesser Fasern scheint nahe dem
Grenzwert der gegenwärtigen Herstellungstechnik zu liegen, obwohl es
wahrscheinlich scheint, daß diese Grenze zu kleineren Faserdurchmessern
verschoben werden könnte, wenn die Notwendigkeit einträte. Die vier
experimentellen Punkte, dargestellt als geschlossene Kreise, beziehen
sich auf Gesamtheiten von Polypropylen-Stapelfasern. Dieser Polymer
wurde gewählt wegen der relativen Leichtigkeit, mit der bei ihm Fasern
kleinen Durchmessers hergestellt werden können, und die
Fasergesamtheiten wurden hergestellt aus gekräuseltem, geschnittenem und kardiertem
Fasermaterial wegen der Schwierigkeit der Anwendung existierender
Technik zum Erzeugen von Gesamtheiten niedriger Dichte aus extrem feinen
Fasern durch den Hedeaufspreizprozeß. Die verbleibenden beiden
experimentellen Punkte sind für schmelzgeblasene Gesamtheiten: eine bezieht
sich auf eine experimentelle Matrix von Polyester und die andere auf das
kommerziell erhältliche Produkt unter dem Warennamen THINSULATE, das
hauptsächlich aus Polypropylen besteht. Die schmelzgeblasenen
Gesamtheiten haben Verteilungen anstelle einzelner Werte für den
Faserdurchmesser, wobei die meisten Fasern Durchmesser im Bereich von 1 bis 3
Mikron besitzen. Diese Feinfasergesamtheiten sind im sehr niedrigen
Dichtebereich nicht ohne weiteres erhältlich wegen ihrer extremen
Empfindlichkeit gegenüber Kompressionskollaps, so daß die effektiven
thermischen Leitfähigkeitswerte für diese beiden Materialien bei höheren
Dichten gemessen wurden (16 bis 24 kg/m³ oder 1 bis 1,5 lb/ft³), und die
gemessenen Werte wurden normalisiert gemäß dem Protokoll, das in US-
Patent Nr. 4,588,635 diskutiert ist, um allen anderen dargestellten zu
entsprechen, die bei Lagedichten von 8,0 kg/m³ gemessen wurden (0,5
lb/ft³). Es gibt ein hohes Maß von Zusammenhalt bei jenen
schmelzgeblasenen Gesamtheiten und sie bilden ein vernünftiges Analogon der
kontinuierlichen Fasermatrizen in dem Bereich kleiner Durchmesser.
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Die gesamte Kurve, die mit gestrichelter Linie in Figur 1
dargestellt ist, enthält Daten für zwei getrennte Polymermaterialien und
drei getrennte Herstellungstechniken; trotzdem zeigen die Daten einen
bemerkenswerten Grad der Überlappung und Kontinuität an den Übergängen,
und wir nehmen an, basierend auf starker theoretischer Berechtigung, daß
die Kurve eine einzige Verhaltenscharakteristik von Fasergesamtheiten
darstellt mit einer starken Unabhängigkeit von Polymermaterial und
Gesamtheitsfeinstruktur. Der Faktor, der durch diese Kurve am stärksten
zur Geltung gebracht wird, ist die Tatsache, daß es ein deutliches
Minimum der thermischen Leitfähigkeit der Gesamtheit gibt oder,
alternativ ausgedrückt, einen Optimalbereich von Faserdurchmessern für das
thermische Isolationsverhalten. Darüber hinaus wird klar, daß das
kommerziell erhältliche POLARGUARD deutlich nicht optimal ist im hohen
Bereich von Faserdurchmessern und daß das quasikontinuierliche
schmelzgeblasene Material, typisiert durch THINSULATE, nicht optimal ist im
niedrigen Faserdurchmesserbereich. Die vorliegende Erfindung soll in dem
Faserdurchmesserbereich zwischen diesen beiden Extremen liegen, wo es
deutliche Gewinne im thermischen Verhalten zu realisieren gibt. Die
Größe dieser Verbesserungen kann am besten erkannt werden durch
Vergleich der Beiträge zur thermischen Leitfähigkeit, die ausschließlich
der Faserkomponente der Gesamtheit zuzuschreiben ist. Dies wird
konzeptionell getan durch Verschieben der Horizontalachse des Diagramms bis
zum Niveau der unveränderlichen Komponente der scheinbaren thermischen
Leitfähigkeit, die der Leitfähigkeit von in der Gesamtheit enthaltener
Luft zuzuschreiben ist. Unter Verwendung dieser Linie als eine Basis
für die Berechnung kann man erkennen, daß der Faserbeitrag für das
THINSULATE etwa 90% und für das POLARGUARD etwa 110% höher ist als der
Beitrag für die optimale Fasergesamtheit des vorliegenden Patents und
dies repräsentiert eine deutliche Verbesserung im thermischen
Isolationsverhalten gegenüber diesen beiden kommerziellen Ausführungsformen.
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Die durch die Kurve 2 der Figur 1 (ausgezogene Linie)
wiedergegebene mechanische Verhaltenscharakteristik ist gleichermaßen
erhellend, und der Maßstab und die Einheiten, die für dieses Diagramm
gelten, befinden sich auf der Vertikalachse auf der rechten Seite der
Figur. Die hier aufgezeichnete Eigenschaft ist das Polarmoment der
Fläche, das ein Maß ist für den Einfluß der geometrischen Abmessungen
der Faser auf ihre Biegeeigenschaften. Ein niedriger Wert entspricht
einer sehr laschen und flexiblen Faser und ein hoher Wert entspricht
einer steifen Faser, und diese Faserunterschiede werden reflektiert im
Kompressionsverhalten der Fasergesamtheit. Die einzelnen Punkte wurden
für dieselben Faserdurchmesser berechnet, wie in Kurve 1 verwandt, für
die drei kontinuierlichen Faserisolatoren.
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Für kleine Faserdurchmesser ist dieses Flächenmoment klein und
die Fasern sind extrem flexibel und zeigen nur minimalen Widerstand
gegen Verbiegung. Wie oben erörtert, reflektieren die schmelzgeblasenen
Gesamtheiten diese Fasereigenschaft und sie sind so empfindlich
gegenüber Kompressionsbelastung, daß sie unter kleinen Lasten kollabieren
und es unmöglich ist, eine luftige Gesamtheit dieser Materialien mit
niedriger Dichte aufrechtzuerhalten. Das Flächenpolarmoment ist eine
schnell ansteigende Funktion des Faserdurchmessers und für Durchmesser
über 20 Mikron zeigt eine Polyesterfaser einen deutlichen Widerstand
gegen Biegung. Dieser Widerstand ist nämlich so hoch, daß POLARGUARD,
bei dem es sich um eine Gesamtheit von Fasern von 23 Mikron Durchmesser
handelt, extrem widerstandsfähig ist gegen Kompressionsdeformation und
nicht vollkommen geeignet ist für die Anwendung in Schlafsäcken, bei der
die Packbarkeit ein Erfordernis ist. Demgemäß gibt es, wie bei den
thermischen Eigenschaften, einen Bereich von Faserdurchmessern, die am
besten geeignet sind für ein luftiges Isolationsmaterial; bei niedrigen
Faserdurchmessern ist die füllige Gesamtheit nicht aufrechtzuerhalten
unter normalen Belastungen und bei hohen Faserdurchmessern ist die
Kompressionssteife so groß, daß ein Kompromiß hinsichtlich der
Verpackbarkeit einzugehen ist. Der Bereich optimaler Faserdurchmesser,
welcher das Beispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt, ist in Figur 1
gezeigt. Nicht die Gesamtheit dieses Bereichs kann von der gegenwärtigen
Hedeaufspreizverfahrenstechnik abgedeckt werden. Wie man auf Basis der
vorstehenden Erörterung erwarten könnte, steht die Möglichkeit, eine
luftig aufgespreizte Hede durch Manipulation von gebogenen Fasern zu
gewinnen, deutlich in Beziehung mit dem Faserdurchmesser, und die Hede
mit großem Faserdurchmesser, aus der POLARGUARD wird, ist relativ
einfach zu verarbeiten. Mit abnehmendem Faserdurchmesser in dem Bereich
der vorliegenden Erfindung wird die Hede schwieriger zu spreizen und bei
Durchmessern um etwa 8 Mikron wird das gegenwärtige Verfahren
unökonomisch langsam und nur marginal wirksam auf einer Routinebasis. Trotzdem
werden die potentiellen Vorteile des Arbeitens innerhalb des
angemessenen Bereichs für die Optimierung sowohl der thermischen als auch der
mechanischen Eigenschaften deutlich durch Figur 1 demonstriert. Wie oben
beschrieben, erfolgten diese Messungen bei Gesamtheiten mit Dichten von
0,5 lbs/ft³, doch zeigt Figur 2, daß diese funktionelle Überlegenheit
aufrechterhalten wird über den gesamten Bereich von interessierenden
Dichten für ein sehr fülliges Isolationsmaterial (0,2 bis 0,8 lb/ft³).
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Zusammengefaßt demonstriert die vorstehende Erörterung unter
Bezugnahme auf die Diagramme der Figur 1, daß der erfinderische Schritt
der Auswahl des Faserdurchmessers in dem angemessenen Bereich zu
deutlichen
Verbesserungen in dem Verhalten von Isolatoren aus
kontinuierlichen Fasern führt. Auf Basis der Information der Figur 1 werden die
untere und obere Grenze für optionale Isolatorgüte auf 4 Mikron bzw. 20
Mikron gesetzt diese Grenzwerte haben vernünftige theoretische und
experimentelle Grundlagen und definieren wirksam die drei Bereiche der
Isolatorkonstruktionsphilosophie, welche repräsentiert werden durch: (1)
schmelzgeblasene Materialien mit Faserdurchmessern < 4 Mikron, (2)
Materialien der vorliegenden Erfindung mit Durchmessern im Bereich von 4 bis
20 Mikron, und (3) konventionelle hochluftige kontinuierliche Fasern
großen Durchmessers aufweisende Isolatoren, typisiert durch POLARGUARD
mit Durchmessern > 20 Mikron.
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In den folgenden Beispielen wurden, wo berichtet wird, die
folgenden Tests ausgeführt:
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Dichte: Das Volumen jeder Isolatorprobe wurde bestimmt durch Festlegen
zweier planarer Probeabmessungen und nachfolgendes Messen der
Dicke bei einem Druck von 0,014 kPa (0,002 lb/in²). Die Masse
jeder Probe, dividiert durch das so gewonnene Volumen, ist die
Basis für die hier berichteten Dichtewerte.
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Die scheinbare thermische Leitfähigkeit wurde gemessen in
Übereinstimmung mit dem Platte-Probe-Platte-Verfahren, beschrieben in
ASTM-Verfahren C518.
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Der Strahlungsparameter C wurde berechnet aus der Beziehung:
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C = KcPF - KaPF
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worin Kc = die scheinbare thermische Leitfähigkeit des
Materials,
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PF = Dichte des Materials, und
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Ka = die thermische Leitfähigkeit von ruhender Luft
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= 0,025 W/m-K (0,175 Btu-in/hr-ft²-ºF) sind.
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Kompressionsbelastung: Belastung bei 34,4 kPa (5 lb/in²), was
die Maximalbelastung in der Kompressionserholungstestsequenz war, wurde
für jeden Test aufgezeichnet.
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Die Kompressionserholung und die Kompressionsarbeit und
Erholung:
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Abschnitt 4.3.2 der militärischen Spezifikation MIL-B-41826E
beschreibt eine Kompressionserholungstesttechnik für Faserlagen, welche
für diese Arbeit aufgegriffen wurde. Der wesentliche Unterschied
zwischen dem Verfahren gemäß der militärischen Spezifikation und dem
angewandten ist der niedrigere Druck, bei welchem die Anfangsdicke und
die Erholung zur Dicke gemessen wurden. Der Meßdruck in der
Spezifikation beträgt 0,07 kPa (0,01 lb/in²), während 0,014 kPa (0,002 lb/in²) in
dieser Arbeit verwandt wurde.
BEISPIEL 1
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Eine Hede aus einer kontinuierlichen Faser aus Polyester mit
einer Feinkräuselung von 7,1 Kräuseln/cm (18 Kräuseln pro Zoll),
überlagert einer Kräuselung viel größerer Amplitude und Frequenz von 1
Kräuselung/cm (2,5 Kräuseln pro Zoll) mit einem Denier von 0,5 (7,7
Mikron Durchmesser), wurde einer Luftspreiztechnik unterworfen, wie
beschrieben in US-Patentbeschreibung Nr. 3423795.
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Die thermische Isolation des Materials, das erzielt wurde, war
deutlich besser um einen Faktor über 2 zu 1 als das von nach dem Stand
der Technik gefertigten, im Handel unter dem Namen POLARGUARD
erhältlichen Material.
BEISPIEL 2
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Eine Hede von kontinuierlicher Polyesterfaser mit einer
Feinkräuselung von 4,73 Kräuseln/cm (12 Kräuseln pro Zoll), überlagert einer
Kräuselung von viel größerer Amplitude und Frequenz von 1,2 Kräuseln/cm
(3 Kräuseln pro Zoll) und mit einem Denier von 1,2 (11 Mikron
Durchmesser), wurde einer Luftspreiztechnik unterworfen, wie in
US-Patentbeschreibung Nr. 3423795 beschrieben.
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Die Luftspreiztechnik führte zu einer Auflösung der Hede in
eine Lage kontinuierlicher Fasern, die eine sehr deutliche Fülle mit
guten mechanischen Eigenschaften besaß infolge der Wechselwirkung
zwischen den Kräuselungen und es zeigte sich, daß die mechanischen
Eigenschaften des resultierenden Isolatormaterials derart waren, daß die
Fülle des Materials generell nach Kompressionsbelastung aufrechterhalten
blieb.
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Darüber hinaus war die thermische Isolation des Materials
deutlich besser um einen Faktor von etwa 2 zu 1 gegenüber dem im Handel
unter dem Warenzeichen POLARGUARD erhältlichen Material nach dem Stand
der Technik. Das in der oben beschriebenen Weise erzeugte Material war
eminent befriedigend für die Herstellung von Schlafsäcken mit einer
Schindelkonstruktion, und die thermischen Isolationseigenschaften pro
Gewichtseinheit wurden deutlich verbessert.
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Die Beispiele 1 und 2 der vorliegenden Erfindung werden
verglichen mit zwei Proben von Material, erhalten unter dem Warenzeichen
POLARGUARD und mit einem Beispiel von Entendaunen. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 1 wie folgt wiedergegeben:
Tabelle 1
Verhaltenseigenschaft
PolarguardTM Armeeprobe
PolarguardTM (Hoechst)
Militärische Spezifikationa Entendaunen
Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung
Thermische Leitfähigkeit
Minimum-DichteC
Kompressionsbelastungd
Kompressionserholung
Kompressionsarbeit auf
Federung
a. Gemäß MIL-F-43097G, Typ II, Klasse 1.
b. Gemessen gemäß ASTM C518, Wärmeabfluß T&sub1; = 38ºC (100ºF).
T&sub2; = 10ºC (50ºF)
Probedichte = 8,02 kg/m² (0,50 lb/ft³).
c. Minimumdichte ist die Dichte bei maximaler Fülle.
d. Alle Kompressionseigenschaften, gewonnen unter Anwendung einer
2,00 Zoll (5,08 cm) Maßstabslänge mit einer Dichte von 8,02 kg/m²
(0,50 lb/ft²) bei dem 2,00 Zoll (5,08 cm) Maßstabsabstand.
e. Die Federung bedeutet: Erholungsarbeit dividiert durch Kompressionsarbeit.
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Die thermische Leitfähigkeit der verschiedenen Proben jeden
Materials wurde gemessen durch Verwendung von Proben von 5,8 cm (2 Zoll)
Dicke und der Wärmefluß wurde abwärts gemessen; die obere
Plattentemperatur betrug 38ºC (100ºF) und die untere Temperatur betrug 10ºC (50ºF).
Nichtverwebte Gitterstoffe von 17 g/m² (0,5 oz/yd²) wurden auf der Ober-
und Unterseite jeder Probe plaziert und die Prüfungen wurden ausgeführt
mit einer Platte-Probe-Platte-Vorrichtung, beschrieben in ASTM-Verfahren
C518. Die Ergebnisse wurden in einem Diagramm aufgezeichnet, wie in
Figur 2 gezeigt.