DE68915430T2

DE68915430T2 - Nichtgewebte isoliersubstrate.

Info

Publication number: DE68915430T2
Application number: DE68915430T
Authority: DE
Inventors: William Huykman
Original assignee: Ultrafibre Inc
Current assignee: Ultrafibre Inc
Priority date: 1988-07-25
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2009-07-01
Also published as: EP0386182B1; NO901365L; JPH03500429A; HUT54739A; NO174396C; WO1990001074A1; HU894312D0; PT91261B; NO174396B; US4933129A; EP0386182A1; RO105838B1; CA1322698C; EP0386182A4; NO901365D0; YU146389A; PT91261A; AU3855389A; AU623914B2; US5066538A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochleistungsfähigen Fasern und nichtgewebten Isoliergespinsten, die diese Fasern einschließen, wobei die Gespinste besonders geeignet sind für die Verwendung als Kleidung, Decken oder dgl. oder Zwischenfutter für Schlafsäcke. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Isoliergespinst oder - substrat, das eine Menge von metallbeschichteten Glas- oder synthetischen Polymerfasern einschließt und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die üblicherweise praktizierte Technologie zur Herstellung von Isoliergespinsten liegt darin, Gespinste aus einer Menge von feinen Fasern zu bilden. Die Fasern stoppen jede Gaskonvektion und sperren etwas den Strahlungswärmeübergang durch Bewirken einer Vielzahl von Faser-zu-Faser-Strahlungsaustauschvorgängen. Bei jedem Austausch wird etwas Strahlungsenergie davon abgehalten, sich durch den Pack bzw. Ballen zu bewegen. Wenn gewünscht wird, den Strahlungswärmeübergang weiter zu reduzieren, werden mehr Fasern hinzugefügt. Viele nichtgewebte Materialien wurden vorgeschlagen und für isolierende Schichten verwendet. J.L. Cooper und M.J. Frankosky, "Thermal Performance of Sleeping Bags" Journal of Coated Fabrics, Band 10, Seiten 108-114 (Oktober 1980) vergleicht den Isolierwert der verschiedenen Arten von Fasermaterialien, die als Zwischenschichten in Schlafsäcken und anderen Artikeln verwendet wurden. Unter den verglichenen Erzeugnissen sind Polyesterfaserfüllungen von festen oder hohlen oder anderen speziellen Fasern und ein Produkt der 3M Company (St. Paul, Minn., U.S.A.), genannt Thinsulate. Im allgemeinen wird Polyesterfüllmaterial aus gekräuselten Polyesterstapelfasern hergestellt und wird in der Form von gesteppten Gewirken oder Gespinsten verwendet. Normalerweise werden Gespinstmenge und Volumenbeständigkeit maximiert, um die Größe der Wärmeisolierung zu erhöhen. Hohle Polyesterfasern haben eine weite Verbreitung für solche Faserfüllungen gefunden wegen der erhöhten Masse, die sie im Vergleich mit kompakten Fasern bieten. Bei bestimmten Faserfüllungsmaterialien, wie Hollofil II, ein Produkt der E.I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Del. U.S.A.), sind die Polyesterfasern mit einer waschresistenten Silikonauflage beschichtet, um eine zusätzliche Volumen- oder Schüttstabilität und Flauschfähigkeit zu erzielen. Für eine Faserbearbeitbarkeit und gebräuchliche Schüttungen liegen beschichtete und nicht beschichtete Füllungsfasern zur Verwendung in Decken oder Kleidung üblicherweise im Bereich von 5 bis 6 Denier, d. h.. 0,000022-0,000025 Meter Durchmesser (22 bis 25 um). Von einer bestimmten Faserfüllung aus einer Mischung von 1,5 Denier Polyesterstapelfasern mit und ohne Auflage und gekräuselten Polyesterstapelfasern mit einem Schmelzpunkt unter dem der anderen Polyesterfasern in der Form einer nadelgestanzten wärmegebondeten Matte wird berichtet, daß sie eine ausgezeichnete Wärmeisolierung und fühlbare ästhetische Eigenschaften aufweist. Solche Faserfüllungsmatten oder -gespinste bzw. - vliese werden auch in dem US-Patent Nr. 4 304 817 diskutiert. "Thinsulate" (TM) ist ein Isoliermaterial in der Form einer dünnen, relativ dichten Matte aus Polyolefin-Mikrofasern oder aus Mikrofasern in Mischung mit Polyesterfasern hoher Feinheit. Die letzteren sind in den "Thinsulate"-Matten oder -vliesen vorhanden, um das niedrige Volumen bzw. die niedrige Masse und die niedrige Masse- bzw. Volumenrückbildung, die den Matten oder Vliesen durch die Mikrofasern allein eigen sind, zu erhöhen. Für die Verwendung bei Wintersport-Überbekleidung werden diese Isoliermaterialien häufig mit einer Schicht aus porösem Poly(-tetrafluoroäthylen)polymer der Art, wie sie in dem US-Patent Nr. 4 187 390 offenbart ist, kombiniert.
US-Patent Nr. 4 508 776 beschreibt ein mikroporöses Gewebesubstrat, beispielsweise aus gesponnenem und gebondetem Polyäthylen mit einer darauf durch Vakuumablagerung gelagerten Schicht aus Aluminium.
Obwohl einige der oben beschriebenen nichtgewirkten Elemente nach dem Stand der Technik als Isolierzwischenschichten nützlich waren, würden verschiedene Verbesserungen ihre Nützlichkeit merkbar verbessern. Beispielsweise ist es seit vielen Jahren bekannt, daß, wenn die optischen Eigenschaften von Fasern geändert werden, der Strahlungswärmeübergang geändert werden kann. Die Druckschrift "Thermal Insulation": "What It Is and How It Works" von Charl M. Pelanne in dem Journal of Thermal Insulation, Band 1 (April 1978) lehrt, daß Strahlung durch das Emissionsvermögen der betroffenen Flächen oder durch Vorsehen von absorbierenden oder reflektierenden Flächen (Blatt, Fasern, Partikel usw.) zwischen den zwei Temperaturgrenzen gesteuert werden kann. Der Artikel "Analytical Models For Thermal Radiation in Fibrous Insulations" von T.W. Tong und C.L. Tien in dem Journal of Thermal Insulation, Band 4 (Juli 1980) versucht die Wirkung des Herstellens von Modellen von Wärmeübergängen in Faserisolierungen zu quantifizieren.
Obwohl es viele Jahre bekannt ist, daß das Verändern der optischen Eigenschaften der Fasern nützlich sein könnte, bestand jedoch die Schwierigkeit, einen kommerziell akzeptablen Prozeß der Veredlung bzw. Umformung aufzustellen. Diese Eigenschaften können etwas durch Änderung der Zusammensetzung der Fasern modifiziert werden, aber nicht bis zu einem Ausmaß, das nötig ist, um den niedrigsten Wärmeübergang zu erreichen.
Was gewünscht ist, ist eine Faser, die weder Strahlungsenergie absorbiert noch abstrahlt. Dieses würde eine Faser mit einer Emissionsfähigkeit von 0 und einer Absorptionsfähigkeit von 0 sein. Manche Materialien sind bekannt, daß sie sehr niedrige Emissions- und Absorptionsfähigkeiten haben, wie Gold (0,02), Silber (0,02) und Aluminium (0,04). Fasern aus diesen Materialien könnten hergestellt werden, aber sie würden teuer, schwer sein und einer plastischen Verformung anstelle einer elastischen Verformung unterzogen werden und andere begrenzende Eigenschaften aufweisen.
Was klar wünschenswert wäre, ist, Fasern aus dem gewünschten Fasermaterial mit einem Material zu beschichten, das die Oberfläche der Faser modifizieren bzw. veredeln würde, um eine niedrige Emissions-/Absorptionsfähigkeit zu erreichen.
Da die meisten interessierenden Fasern, wie aus Polymer oder Glas, nicht leitend sind, ist eine Elektrobeschichtung nicht möglich. Elektroloses Plattieren ist möglich, aber viele der Materialien, die eine niedrige Emissionsfähigkeit herstellen können, können nicht als Beschichtungsmaterial mit diesem Verfahren verwendet werden. Aluminium ist ein Beispiel.
Ein Verfahren, das besonders wünschenswert wäre, bestünde darin, die Fasern unter Vakuum zu metallisieren. Leider kann dieses Verfahren nur in einer geraden Sichtlinie beschichten. Isolierende Fasergewebe oder -gespinste bestehen aus so vielen Fasern, daß eine gerade Linie der Sichtbeschichtung weniger als 7 Prozent der Fasern in einem typischen Gespinst, das 12,5 mm (0,5 Inch) dick ist und eine Dichte von 8,009 kg/m³ (0,5 Pounds pro Kubikfuß) aufweist, beschichten würde.
Das Verfahren, das von Foragres, Melamed und Welner im US-Patent Nr. 4 042 737 beschrieben ist, ist gut für eine Naßverarbeitung geeignet, bei der kontinuierliche, metallplattierte Filamente oder Fäden verlangt werden, aber es weist wesentliche Nachteile auf, wo metallbeschichtete Stapelfasern gewünscht werden. Der Wirkprozeß ist sehr langsam (ungefähr 100 g von 0,00004 m (40 um) kontinuierliche Nylonfaser pro Stunde) und wird noch langsamer und noch schwieriger, wenn die Faserfeinheit in dem gewünschten Bereich für die thermische Isolierung (weniger als ungefähr 0,000025 m, 25 um) liegt. Wenn ein kontinuierlicher Faden anstelle eines Filaments oder Einzeltiters verwendet wird, um die Fördermenge zu erhöhen, würden die innenliegenden Einzeltiter des Fadens nicht in einem Metallisierungsprozeß unter Vakuum mit Metall beschichtet werden.
Dies ist das Problem: Über Jahre wissen die Wissenschaftler, daß eine Beschichtung von in Isoliergespinsten verwendeten Fasern zur Erzielung einer niedrigen Emissionsfähigkeit wünschenswert wäre. Es gab jedoch kein praktisches Verfahren zur Herstellung der beschichtenden Fasern für die Verwendung in den Gespinsten.
Entsprechend der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochleistungsfähigen Fasern gekennzeichnet durch
a) Bilden eines im wesentlichen zweidimensionalen nichtgewebten Gespinsts aus Fasern, bestehend aus Glas, synthetischen Polymeren oder Mischungen davon, wobei das Gespinst eine derartige Dicke aufweist, daß mindestens ein Bereich von 50% der Fasern der einen Seite oder der anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt ist,
b) Vakuummetallisieren des Gespinsts mit Metall, einer Metallegierung oder Mischungen davon mit einem Emissionsvermögen von weniger als 0,1, um ein Gespinst herzustellen, bei dem mindestens 50% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern mit einem metallischen Material überzogen ist, und
c) Zerteilen des metallisierten Gespinsts in individuelle beschichtete Stapelfasern.
Gleichfalls wird entsprechend der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines federnd-porösen isolierenden Gespinsts ist gekennzeichnet durch
a) Vorsehen eines im wesentlichen zweidimensionalen nichtgewobenen Gespinsts aus Fasern, bestehend aus Glas, synthetischen Polymeren oder einer Mischung davon, wobei das Gespinst eine Dicke derart aufweist, daß mindestens ein Bereich von 50% der Fasern der einen oder der anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt ist,
b) Vakuummetallisieren des Gespinsts mit einem Metall, einer Metallegierung oder Mischungen davon, die ein Emissionsvermögen von weniger als 0,1 aufweisen, um ein Gespinst zu erzeugen, bei dem mindestens 50% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern mit einem Metall oder einer Metallegierung beschichtet sind, c) Zerteilen des metallisierten Gespinsts in individuelle beschichtete Stapelfasern und
d) Vereinigen der beschichteten Stapelfasern, um ein erhabenes oder federnd-poröses dreidimensionales Gespinst oder eine entsprechende Matte mit einer Dichte von ungefähr 0,02 bis 2 Pfund/Kubikfuß (0,32036 bis 32,036 kg/m³) zu bilden.
Die vorliegende Erfindung antwortet auf den Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung metallbeschichteter Stapelfasern. Das Verfahren ist anwendbar für feine Denierfasern (Fasern großer Feinheit), z. B. weniger als ungefähr 0,00004 m (40 um) bei einer Produktionsfördermenge von mehr als 45 kg (100 Pfund) pro Stunde, was im praktischen Bereich für die Produktion von isolierenden Fasern liegt.
Genauer gesagt umfaßt das Verfahren als erstes, ein im wesentlichen zweidimensionales, nichtgewirktes Gespinst aus Stapelfasern oder kontinuierlichen Filamentfasern vorzusehen, die aus Glas, synthetischen Polymeren oder Mischungen davon bestehen. Wie hier und in den Ansprüchen verwendet wird, definiert der Ausdruck "zweidimensional" eine Dicke, bei der mindestens ein Bereich von 50% der Fasern einer oder der anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt ist. Das zweidimensionale Gespinst, beispielsweise in Rollenform, wird dann vakuummetallisiert mit einem Material niedrigen Emissionsvermögens (z. B. weniger als 0,1), wie ein Metall oder eine Aluminium-Metall-Legierung, Gold, Silber oder Mischungen davon, um ein beschichtetes Gespinst zu produzieren, bei dem mindestens eine Gesamtheit von 50% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern mit dem Metall oder der Metallegierung beschichtet ist. Nach der Metallisierung wird das beschichtete Gewebe in individuelle Stapelfasern zerteilt, und diese Stapelfasern werden anschließend verbunden oder vereinigt, um ein nichtgewebtes, erhabenes, dreidimensionales isolierendes Gespinst mit einer Dichte zwischen 0,32036 und 32,036 kg/m³ (0,02 bis 2 Pfund/Kubikfuß) zu erzeugen.
Für die Anwendung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein zweidimensionales nichtgewebtes Gespinst aus Fasern, bestehend aus Glas, synthetischen Polymeren oder Mischungen davon, vorgesehen. Die Fasern des Gespinsts sollten einen Durchmesser von nicht mehr als 0,00005 m (50 um) aufweisen und vorzugsweise in dem Bereich von 0,000001 und 0,00004 m (1 bis 40 um) liegen. Fasern aus synthetischen Polymeren sind sehr wünschenswert, es können Polyester, Nylon, Acryl und Polyolefine, wie Polypropylen, erwähnt werden. Polyesterfasern mit einem Durchmesser im Bereich von 0,000007-0,000023 m (7 bis 23 um) sind insbesondere bevorzugt. Die Fasern können gekräuselt oder nicht gekräuselt oder gemischt sein, es können Stapelfasern oder kontinuierliche Filamente sein.
Es ist wesentlich, daß mindestens ein Bereich von 50% der Fasern der einen oder anderen Seite des nichtgewebten Gespinsts ausgesetzt sind. Somit sind Gespinste, die eine größere Dicke aufweisen als diejenige, die diesen Faserbereich darbieten, nicht geeignet, da die verlangte Größe des Faseroberflächenbereichs nicht in dem folgenden Schritt des Verfahrens der Erfindung plattiert oder beschichtet werden würde. Vorzugsweise wird mindestens eine Gesamtheit von 50% des Oberflächenbereichs der Fasern in dem Gespinst der einen oder anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt. Nichtgewebte Gespinste dieses Aufbaus sind kommerziell erhältlich, beispielsweise gesponnenes und getränktes Polyester von Reemay, sold by Reemay, Inc., Old Hickory, Tennessee, U.S.A., das ein Flächengewicht von 0,00339 bis 0,1695 kg/m² (0,1 bis 5 Unzen/Yard²) aufweist und vorzugsweise in dem Bereich von 0,01695-0,0339 kg/m² (0,25 bis 1,0 Unzen/Yard²) liegt. Ein anderes nichtgewebtes Gespinst, das verwendet werden kann, besteht aus kardierten gekrausten Polyesterstapelfasern mit 1,5 Denier mit einem Flächengewicht von ungefähr 0,0125415 kg/m² (15 g/yd²), die die mit ungefähr 10 Gewichtsprozent Binder getränkt sind. Die Fasern in diesem Gespinst sind hauptsächlich längs der Maschinenrichtung orientiert.
Das zweidimensionale nichtgewobene Gespinst, vorzugsweise in Rollenform, wird dann in Übereinstimmung mit der Erfindung unter Vakuum metallisiert. Ein derartiger Beschichtungs- oder Plattierungsprozeß ist allgemein bekannt, insbesondere in Verbindung mit der kontinuierlichen Vakuummetallisierung von synthetischen Polymerschichten oder -filmen, z. B. Polyesterschichten, und es wird daher nicht genauer diskutiert. Es ist ausreichend zu sagen, daß der Prozeß die Oberfläche der kontinuierlichen Substratschicht oder des Gespinsts mit einer Metallschicht durch Verdampfen des Metalls und Aufkondensieren auf das Substrat bedeckt. Der Prozeß wird in einer Kammer ausgeführt, von der die Luft abgezogen wird, bis ungefähr ein Restdruck von ungefähr einem Millionstel des normalen atmosphärischen Drucks verbleibt. Das saubere Substrat wird in der Vakuumkammer in der Weise angeordnet, daß es in Blickrichtung dem Metalldampf ausgesetzt ist. Der Metalldampf wird durch Aufheizen des zu verdampfenden Metalls auf eine derartige Temperatur erzeugt, daß sein Dampfdruck merkbar den Restdruck in der Kammer übersteigt. Somit wird das Metall in Dampf umgewandelt und in dieser Form zu dem relativ kaltem Substrat gefördert.
Die Dicke des abgelagerten Metalls wird durch die Leistung der Heizer, den Druck in der Vakuumkammer und die Gespinstgeschwindigkeit bestimmt. In der Praxis ist die Einstellung der Geschwindigkeit des Gespinsts die üblichste Methode, um die Dicke des abgelagerten Metalls zu variieren. Die Änderungen in dieser Dicke über das Gespinst oder Gewirk kann durch Einstellen der Eingangsleistung bzw. Energie der einzelnen Heizer korrigiert werden. Die Dicke der Ablagerung kann unter Verwendung von fotoelektrischen Vorrichtungen oder durch Messen des elektrischen Widerstands überwacht werden. Als allgemeine Regel liegen die metallisierten Beschichtungen entsprechend der Erfindung bei einer Dicke im Bereich von 100 bis 1000 Angström und haben ein Emissionsvermögen von nicht merkbar mehr als 0,04 und bestehen aus Aluminium, Gold, Silber oder Legierungen davon, in denen die angegebenen Metalle mindestens 50 Gewichtsprozente einnehmen. Mischungen der Metalle und/oder ihrer Legierungen können auch verwendet werden. Als Kompromiß zwischen einem niedrigen Emissionsvermögen und der Kostenbetrachtung, wird Aluminium als bevorzugtes Beschichtungsmetall verwendet.
Es ist wesentlich für die Erfindung, daß mindestens 50% der Gespinstfasern während des Metallisierungsprozesses mit Metall beschichtet werden. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, daß das Flächengewicht des zweidimensionalen Gespinsts in dem Bereich von 0,008361-0,0209025 kg/m² (10 bis 25 g/yd²) nach dem Beschichten mit beispielsweise Aluminium liegen sollte, um ein zufriedenstellendes Gewirk für die Weiterverarbeitung entsprechend der vorliegenden Erfindung herzustellen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem beschichteten Gespinst erreicht, das ein Flächengewicht von 0,0100332-0,0142137 kg/m² (12 bis 17 g/yd²) aufweist.
Wie zuvor erwähnt wurde, umfaßt der Prozeß der vorliegenden Erfindung auf das Metallisieren des zweidimensionalen Gespinsts das Zerteilen des Gespinsts in individuelle beschichtete Stapelfasern. Jede kommerziell erhältliche Ausrüstung, die Fasern trennt und öffnet, kann verwendet werden. Beispielsweise wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn ein Gerät von J.D. Hollingsworth On Wheels, Inc. "Shreadmaster" verwendet wird.
Die mit dem Zerteilungsverfahren erzielten Fasern können am besten als individuelle, mindestens 90% offene, metallisierte Stapelfaser gekennzeichnet werden.
Die individuellen beschichteten Stapelfasern werden als nächstes bearbeitet, um ein erhabenes dreidimensionales Gespinst herzustellen. Im allgemeinen kann jedes kommerziell erhältliche Verfahren zur Bildung eines nichtgewebten Gespinsts oder einer Matte verwendet werden, als Möglichkeit können das Kardieren, das Garnettieren und die Rando-Webber-Techniken erwähnt werden. Das resultierende endbearbeitete erhabene Gespinst sollte eine Dichte ungefähr zwischen 0,32036-32,036 kg/m³ (0,02 bis 2,0 Pfund/Fuß³) aufweisen und vorzugsweise ungefähr zwischen 0,032036-10,25152 kg/m³ (0,2 bis 0,8 Pfund/ft³) liegen.
Das fertige Gespinst in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann 100% von beschichteten Fasern umfassen oder kann eine Mischung aus metallisierten Fasern und unmetallisierten Fasern aufweisen. Wenn eine Mischung verwendet wird, kann mindestens 75% der Wärmeleitfähigkeit des fertigen Gespinsts im Vergleich mit metallisierten Fasern erhalten werden. Die Einschließung von unbeschichteten Fasern ist manchmal hilfreich, um dem fertigen Gespinst eine verbesserte Anfühlbarkeit, ein verbessertes Faltvermögen, größere Waschfestigkeit und eine größere Höhe zu vermitteln. Die Mischoperation kann nach dem Zerteilen und vor dem Kardieren oder dergleichen Verfahren durchgeführt werden.
Zusätzlich können Binderfasern, d. h. Fasern, die schmelzen oder teilweise schmelzen, wenn das erhabene Gewebe nach dem Kardieren oder dergleichen durch einen Ofen hindurchgehen, mit den metallisierten Fasern gemischt werden, um die Haltbarkeit des erhabenen Gespinsts zu verbessern. Die Binderfasern können als einzelne Komponente, bei der die gesamte Faser schmilzt, oder als zwei Komponenten ausgebildet sein, bei denen nur die äußere Ummantelung der Faser schmilzt. Letztere können von dem Typ sein, der von der Hoechst Celanese Corporation unter der Bezeichnung Celbond oder von DuPont Company als DuPont-DA- CRON-Polyesterbinderfasern erhältlich ist. Es sei bemerkt, daß allerdings jede Verwendung von Fasermischungen weiterhin ein Gespinst ergeben muß, das eine Dichte im Bereich von 0,32036-32,036 kg/m³ (0,02 bis 2,0 Pfund/ft³) aufweist. Anstelle von Binderfasern können Binderchemikalien bei dem fertigen Gespinst entsprechend der Erfindung verwendet werden, um die Haltbarkeit des erhabenen Gewebes zu verbessern. In diesem Fall können die Chemikalien auf das erhabene Gespinst nach dem Kardieren aufgesprüht werden und danach ausgehärtet werden, wenn das Gespinst bzw. die Matte durch einen Aushärtofen hindurchgeführt wird, unmittelbar bevor es zugeschnitten oder aufgerollt wird, um es zu lagern oder zu verschiffen. Ein Beispiel eines geeigneten Binders kann unter der Bezeichnung Rhoplex TR-407 der Rohn and Haas Company, Philadelphia, PA, erhalten werden. "Rhoplex TR-407" ist eine Acrylemulsion, die, wenn sie bei Faserfüllungen angewandt wird, eine maximale Haltbarkeit sowohl für das Waschen als auch für die Trockenreinigung erzielt, indem sie beispielsweise nach dem Trocknen für 1-2 Minuten bei 148ºC (300ºF) ausgehärtet wird.
Die metallisierte Faser in Übereinstimmung mit der Erfindung kann auch mit jedem kommerziell erhältlichen Faserendbehandlungsmaterial versehen werden. Ein Beispiel eines derartigen Materials ist eine auf Wasser basierende Emulsion von Dow Corning 108, ein 35% aminoaktives Silikonpolymer, das luftgetrocknet und luftgehärtet werden kann.

BEISPIEL I

Dieses Beispiel illustriert ein bevorzugtes Verfahren, mit dem hochleistungsfähige Stapelfasern und ein nichtgewebtes Fasergespinst in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt werden können, die, je nachdem, für die Verwendung in oder als isolierende Zwischenschicht verwendet werden können.
Ein zweidimensionales kardiertes, nichtgewebtes Gespinst aus Polyesterstapelfasern stand zur Verfügung. Dieses Gespinst war aus kardierten, gekrausten Polyesterstapelfasern mit 1,5 Denier mit einem Flächengewicht von ungefähr 0,0125415 kg/m² (15 g/yd²) gebildet, die mit ungefähr 10 Gewichtsprozenten Acrylbinder getränkt waren. Die Fasern in diesem Gespinst waren in erster Linie längs der Maschinenrichtung orientiert.
Das Gespinst wurde mit Aluminiummetall unter Vakuum metallisiert, um ein beschichtetes Gespinst zu erzielen, bei dem ungefähr 75% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern eine Aluminiumbeschichtung mit einer Dicke von ungefähr 500 Angström aufwiesen und als Ergebnis ein beschichtetes Gespinst von 0,0133776 kg/m² (16 g/yd²) Flächengewicht erzielt wurde.
Das beschichtete Gespinst wurde als nächstes unter Verwendung einer J.D. Hollingsworth Wheels, Inc. "Shreadmaster"-Maschine überwiegend in individuell beschichtete Stapelfasern zerteilt.
Die individuellen Stapelfasern wurden dann in ein erhabenes dreidimensionales Gespinst kardiert, das eine Dichte von 4,8054 kg/m³ (0,3 Pfund/ft³) aufwies.
Die folgende Tabelle stellt die stark verbesserten Wärmeeigenschaften, die mit dem resultierenden Gespinst entsprechend der Erfindung erzielt wurden, dar. Diese Gespinste wurden in einem Anacon-Modell 88 Wärmetester unter Verwendung des ASTM C-518 Testverfahrens getestet. Tabelle 1 Matterial Wärmeleitfähigkeit Beispiel Kontrolle* Hollowfil II Polyester; Dichte 1 inch = 2,54 cm * Gespinst, wie es mit Beispiel I hergestellt wurde, bei dem jedoch der Metallisierungsschritt weggelassen wurde.
Auf der Grundlage der Wärmeprüfung dieser Materialien bei unterschiedlichen Dichtepegeln war die Dichte jedes Materials, die verlangt wird, um eine spezifische Leitfähigkeit von 0,049028 W/m²K (0,34 (k)) zu erhalten, wie folgt: Material Dichte Prozentualer Vorteil Beispiel Kontrolle* Hollowfil II

BEISPIEL II

Beispiel I wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die individuellen Stapelfasern in ein erhabenes dreidimensionales Gespinst kardiert wurden, das eine Dichte von 8,009 kg/m³ (0,5 Pfund/ft³) aufwies.
Die folgende Tabelle stellt die verbesserten Wärmeeigenschaften des fertigen Gespinsts in Übereinstimmung mit der Erfindung dar. Tabelle 2 Material Leitfähigkeit Beispiel Kontrolle* Hollowfil II Polyester; Dichte
Aus dieser Offenbarung und aus den anliegenden Ansprüchen ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen Materialien oder das besondere bevorzugte Ausführungsbeispiel, das zur Darstellung der Erfindung hier beschrieben wurde, beschränkt ist. Somit umfaßt die vorliegende Erfindung entsprechende Ausführungsbeispiele, die aus dieser Offenbarung für den Fachmann offensichtlich sind und von den folgenden Ansprüchen übergriffen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsfasern, gekennzeichnet durch

a) Bilden eines im wesentlichen zweidimensionalen nicht gewebten Gespinsts aus Fasern, bestehend aus Glas, synthetischen Polymeren oder Mischungen davon, wobei das Gespinst eine derartige Dicke aufweist, daß mindestens ein Bereich von 50% der Fasern der einen oder anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt ist,

b) Vakuummetallisieren des Gespinsts mit Metall, einer Metallegierung oder Mischungen davon mit einem Emissionsvermögen von weniger als 0,1, um ein Gespinst herzustellen, bei dem mindestens 50% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern mit einem metallischen Material überzogen ist, und

c) Zerteilen des metallisierten Gespinsts in individuelle, beschichtete Stapelfaser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Flächengewicht des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts vor der Metallisierung im Bereich von 0,00339-0,1695 kg/m² (0,1 bis 5 Unzen pro Yard ins Quadrat) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Flächengewicht im Bereich von 0,008475-0,0339 kg/m² (0,25 bis 1 Unze pro Yard ins Quadrat) liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts Stapelfasern sind und vor der Metallisierung einen Durchmesser von nicht mehr als 0,00005 m (50 micron) aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts kontinuierlich Haarfasern sind und vor der Metallisierung einen Durchmesser von nicht mehr als 0,00005 m (50 micron) aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Stapelfasern einen Durchmesser im Bereich von 0,000001-0,00004 m (1 bis 40 micron) aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Stapelfasern aus Polyester bestehen und einen Durchmesser im Bereich von 0,000007-0,000023 m (7 bis 23 micron) aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Stapelfasern mit Aluminium vakuummetallisiert sind und das Flächengewicht des resultierenden metallisierten Gespinsts in dem Bereich von 0,008361-0,0209025 kg/m² (10 bis 25 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Flächengewicht des metallisierten Gespinsts im Bereich von 0,0100332-0,0142137 kg/m² (12 bis 17 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern aus Kunstharz zusammengesetzt sind, das aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Nylon, Acryl und Polyolefinen ausgewählt ist.

11. verfahren nach Anspruch 1, bei dem das im wesentlichen zweidimensionale Gespinst mit Metall und einer Metallegierung vakuummetallisiert wird, das oder die ein Emissionsvermögen nicht merkbar größer als 0,04 aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Flächengewicht des metallisierten Gespinsts im Bereich von 0,008361-0,0209025 kg/m² (10 bis 25 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts gekräuselt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Teil der Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts gekräuselt ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines erhabenen isolierenden Gespinsts, gekennzeichnet durch

a) Vorsehen eines im wesentlichen zweidimensionalen nichtgewobenen Gespinsts aus Fasern, bestehend aus Glas, synthetischem Polymer oder einer Mischung davon, wobei das Gespinst eine Dicke derart aufweist, daß mindestens ein Bereich von 50% der Fasern der einen oder anderen Seite des Gespinsts ausgesetzt ist,

b) Vakuummetallisieren des Gespinsts mit einem Metall einer Metallegierung oder Mischungen davon, die ein Emissionsvermögen von weniger als 0,1 aufweisen, um ein Gespinst zu erzeugen, bei dem mindestens 50% des Oberflächenbereichs der Gespinstfasern mit Metall oder Metallegierung beschichtet sind,

c) Zerteilen des metallisierten Gespinsts in individuelle beschichtete Stapelfasern, und

d) Vereinigen der beschichteten Stapelfasern, um ein erhabenes dreidimensionales Gespinst mit einer Dichte von ungefähr 0,32036 bis 32,036 kg/m³ (0,02 bis 2 Pfund pro Fuß hoch drei) zu bilden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Flächengewicht des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts vor der Metallisierung im Bereich von 0,00339-0,1695 kg/m² (0,1 bis 5 Unzen pro Yard ins Quadrat) liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Flächengewicht im Bereich von 0,008475-0,0339 kg/m² (0,25 bis 1 Unze pro Yard ins Quadrat) liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts Stapelfasern sind, die vor der Metallisierung einen Durchmesser von nicht mehr als 0,00005 m (50 micron) aufweisen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts kontinuierliche Haarfasern sind und vor der Metallisierung einen Durchmesser von nicht mehr als 0,00005 m (50 micron) aufweisen.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Stapelfasern einen Durchmesser im Bereich von 0,000001-0,00004 m (1 bis 40 micron) aufweisen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Stapelfasern aus Polyester bestehen und einen Durchmesser im Bereich von 0,000007-0,000023 m (7 bis 23 micron) aufweisen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Stapelfasern mit Aluminium vakuummetallisiert sind und das Flächengewicht des resultierenden Gespinsts im Bereich von 0,008361-0,0088803 kg/m² (10 bis 23 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Flächengewicht des metallisierten Gespinsts im Bereich von 0,0100332-0,0142137 kg/m² (12 bis 17 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

24. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Fasern aus Kunstharz zusammengesetzt sind, das aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Nylon, Acryl und Polyolefinen ausgewählt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das im wesentlichen zweidimensionale Gespinst mit Metall oder einer Metallegierung vakuummetallisiert ist, die ein Emissionsvermögen von nicht merkbar größer als 0,04 aufweist.

26. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Flächengewicht des metallisierten Gespinsts im Bereich von 0,008361-0,0209025 kg/m² (10 bis 25 Gramm pro Yard ins Quadrat) liegt.

27. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts gekräuselt sind.

28. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem ein Teil der Fasern des im wesentlichen zweidimensionalen Gespinsts gekräuselt ist.

29. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Vereinigungsschritt durch Kardieren, Garnettieren oder Rando-Webber Techniken durchgeführt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die zerteilten beschichteten Stapelfasern mit einer Mehrzahl von unbeschichteten Fasern vor dem Vereinigungsschritt vermischt werden.