DE69610317T2

DE69610317T2 - Textiler stoff von bündeln abgespaltener metallfasern

Info

Publication number: DE69610317T2
Application number: DE69610317T
Authority: DE
Inventors: Gabriel Dewaegheneire; Wim Van Steenlandt; Philip Vansteenkiste
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: CA2226990A1; CA2226990C; ES2152547T3; BE1009485A3; DE69610317D1; CN1152163C; CN1191001A; EP0839221B1; JPH11509278A; WO1997004152A1; EP0839221A1; KR19990028960A; KR100436742B1; US6025282A; JP3947222B2; ATE196326T1

Description

Die Erfindung betrifft einen textilen Stoff, umfassend durch Abspanen oder Abhobeln erhaltene Filamentbündel.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem U. S. Patent 4,930,199 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen dünner Metallfilamente durch Abspanen, Abhobeln oder Abschneiden derselben von der Endfläche einer auf eine Spindel spiralig aufgewickelten dünnen Metallfolie. Dies führt zu einem Bündel nahezu paralleler Filamente mit überwiegend vierseitigem Querschnitt, wobei der äquivalente Durchmesser derselben zwischen 15 und 150 um liegt je nach Dicke der Folie und Schnittgeschwindigkeit des Hobels oder Schneidwerkzeugs. Mit äquivalenter Durchmesser ist hier der Durchmesser desjenigen Kreises gemeint, welcher dieselbe Oberfläche wie der vierseitige Querschnitt des Filaments besitzt.
Da diese abgespanten Filamente oftmals eine geringere Zugfestigkeit aufweisen und weniger geradlinig als gezogene Filamente sind, ist es schwer diese bei gewöhnlichen Geschwindigkeiten durch Verdrillen zu Filamentgarnen zu verarbeiten.

Zweck und Aufgabe der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung einen textilen Stoff bereitzustellen, umfassend Bündel aus dünnen Metallfilamenten oder Metallfasern, welche wenn überhaupt lediglich leicht verdrillt sind, und welche mittels eines Spanabhebenden Prozesses erhalten wurden. Der Ausdruck textiler Stoff betrifft hier eine Struktur, welche eine Reihe von Maschen oder Öffnungen und Filamentbündel umfaßt, welche die Maschengrenzen definieren, wie beispielsweise gewebte, gewirkte, geknüpfte, miteinander verwebte oder getuftete Strukturen.
Es ist weiter eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines textilen Stoffs aus dem Bündel der dünnen Filamente oder Fasern bereitzustellen, wobei Verdrillungsschritte bei den Bündeln vermieden werden.
Die WO-A-9 309 940 beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein schnittfester, abriebfester, und elektrisch leitfähiger Garn in verdrehungsfreier Art aus Metallgarnen gebildet wird, welche dabei mit nichtmetallischen Garnen oder Fasern umwickelt oder verstärkt werden. Die Metallfilamente werden durch die Technik des gebündelten Ziehens erhalten und zeigen einen relativ niedrigen Elastizitätsgrad. Durch einen spanabhebenden Prozeß erhaltene Metallfilamente führen zu Filamenten mit einem hohen Elastizitätsgrad und Federeigenschaften und schauen eher aus wie Stahlwolle (siehe WO-A- 9318342).
Das eher voluminöse Bündel aus nahezu parallelen Filamenten, welches durch eine spanabhebende Vorrichtung erzeugt wurde, muß daher verdichtet oder auf andere Weise kompaktiert werden, um danach einen textilen Stoff durch Wirken, Weben, Flechten, Knüpfen oder Tuften zu erhalten.
Darüber hinaus sollte immer dann, wenn die anfangs voluminöse Eigenschaft des abgespanten Bündels danach in gewissem Maße in dem textilen Stoff gespeichert sein soll, die Wirkung dieser Kompaktierungs- oder Verstärkungsbehandlung zumindest teilweise rückgängig gemacht werden können. Für bestimmte Anwendungen ist es beabsichtigt, eine relativ voluminöse Eigenschaft bei dem textilen Stoff zu erhalten oder zu behalten, beispielsweise hinsichtlich der Erzielung einer bestimmten Flexibilität des Stoffes.
Die Erfindung betrifft daher einen textilen Stoff nach Anspruch 6, umfassend Bündel aus mittels einer spanabhebenden Bearbeitung nach Anspruch 1 erhaltenen Metallfilamenten, wobei diese Filamente einen äquivalenten Filamentdurchmesser von zwischen 15 und 150 um aufweisen und in einer nahezu parallelen Anordnung in den Bündeln angeordnet sind. Der Ausdruck "Filamente" betrifft hier sowohl durchgehende Filamente als auch Schnittfasern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des textilen Stoffes umfaßt die Verstärkung des spanabhebend erhaltenen Filaments oder der spanabhebend erhaltenen Faserbündel durch ein Bindemittel und die Verarbeitung der verstärkten Bündel zu einem textilen Stoff beispielsweise durch Weben, Wirken oder Flechten. Wenn dies beabsichtigt ist, kann dieses Bindemittel danach entfernt werden, um beispielsweise wenigstens teilweise die ursprüngliche voluminöse Eigenschaft des Bündels zu erhalten. Durch den Begriff Bindemittel ist einerseits ein selbststützendes filamentförmiges oder bandförmiges Objekt gemeint, welches beispielsweise als Bindemittel in spiralförmiger Gestalt um das Bündel gewickelt werden kann (Umwickeln). Andererseits kann es ein Klebstoff sein, mit welchem das Bündel bedeckt oder umgeben wird. In Abhängigkeit von seiner Zusammensetzung kann das Bindemittel beispielsweise durch Lösen, Abschmelzen, Verdampfen, Ausfrieren, Oxidieren oder Wegbrennen durch Pyrolyse, Carbonisierung oder durch weitere chemische Reaktionen entfernt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Metallfilament oder ein Faserbündel selbst, welches durch spanabhebende Bearbeitung erhalten wurde, und welches kompaktiert und durch ein Bindemittel verstärkt wurde und welches beispielsweise bei dem Verfahren zur Herstellung des textilen Stoffs verwendet werden kann. Der textile Stoff gemäß der Erfindung kann für einen breiten Anwendungsbereich verwendet werden, was jeweils von der geeigneten Wahl der Zusammensetzung, Struktur und der Eigenschaften der Metallfilamente der Bündel, in einigen Fällen des Bindemittels und der letztendlichen Struktur des textilen Stoffs abhängt.
Die Metallfilamente in den Bündeln können aus Kupfer, Messing, Titan, verschiedenen Typen rostfreien Stahls, Nickellegierungen und anderen speziellen Stahltypen sein, welche beispielsweise Chrom, Aluminium, und/oder Nickel und 0,05 bis 0,3 Gew.-% Yttrium, Zer, Lanthan oder Titan enthalten. Die letztgenannten Stähle sind sehr widerstandsfähig bei hohen Temperaturen (FeCr-Legierung, NiCr-Legierung, Aluminiumchrom) und können daher beispielsweise in Brennermembranen eingesetzt werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Wenn die spiraligen Metallfolien, von welchen die Filamente abzuspanen sind, eine Beschichtungslage aufweisen, welche aus einer anderen Zusammensetzung besteht als die der Folie selbst und welche abgespannt werden kann, dann erhält man beim Abspanen Zwei- oder Multi- Komponentenfilamente.
Bei der Verstärkung des Bündels, beispielsweise mit einem Bindefilament wie vorstehend beschrieben, können ein oder mehrere weitere Filamente oder Garne falls erforderlich unter dem Bindefilament parallel mit dem Metallbündel verbunden werden um die Verarbeitbarkeit zu einem textilen Stoff zu verbessern oder um bestimmte funktionelle Erfordernisse des somit erhaltenen heterogenen Bündels und/oder des letztendlichen textilen Stoffs zu erfüllen. Es ist auch möglich, heterogene Textilstoffe durch Einarbeiten weiterer Garnstrukturen in den Stoff zusätzlich zu (und getrennt von) den verstärkten Metallfilamentbündeln herzustellen. Textilen Stoffen kann auch eine heterogene Eigenschaft verliehen werden durch Bilden begrenzter Zonen mit genau bestimmten Strukturen über die Dicke dieser Stoffe und/oder in deren Oberfläche mit oder ohne Kombination unter Verwendung verschiedener Arten von Garnen und/oder Metallfilamentbündeln. Diese Unterstrukturen können dann voneinander hinsichtlich Elastizität, Kompressibilität, Dichte, Haarigkeit, Glattheit, Steifheit usw. verschieden sein. Derartige Strukturen können beispielsweise mit Flachwirkmaschinen, wie beispielsweise der CMS 440, hergestellt von der Firma Stoll (Deutschtand) oder der MC7, hergestellt von der Firma Universal erzeugt werden.
Die kompaktierten und verstärkten Bündel können als Ketten- und/oder als Schußmaterial bei allen Arten von Webprozessen verwendet werden. Sie können in ein Netz eingewebt, getuftet oder zu ketten- oder schuß-gewirkten Stoffen auf Kreis- oder Flachwirkmaschinen und auf Kettenwirkmaschinen, umfassend Rachel-Maschinen gewirkt werden. Das Gewicht der Stoffe kann zwischen 300 und 4000 g/m² und insbesondere unterhalb 2500 g/m² liegen. Die Bündel können gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Doppelbett-Flach- oder Kreis-Wirbelstruktur eingebracht werden, um beispielsweise zu verhindern, daß sich die Ränder des Stoffs aufrollen.
Die Erfindung betrifft insbesondere spezielle gewirkte Stoffe, welche aus Metallfilamenten oder Fasern hergestellt sind, die gegen hohe Temperaturen beständig sind und welche überraschenderweise zur Verwendung als Brennermembranen in Gasbrennern verwendet werden können, sowohl für Oberflächenstrahlungssysteme (100 kW/m² und höher) als auch für Blauflammensysteme (bis zu 10.000 kW/m²).
All dies wird nun auf Grundlage einer Mehrzahl von möglichen Ausführungsbeispielen für einen gewirkten Stoff beschrieben, welcher beispielsweise als Brennermembran verwendet werden kann.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Filamentbündel mit einer metrischen Nummer (Nm) von zwischen 0,2 und 0,4 wird aus einer FeCr-Legierung mit 0,1 Gew.-% Yttrium nach dem spanabhebenden Verfahren hergestellt, wie es im U. S. Patent 4,930,199 beschrieben ist. Die Verwendung in Brennermembranen aus Metallfasern dieser Legierungen und das Erhalten durch gebündeltes Ziehen ist an sich bereits bekannt, beispielsweise aus dem europäischen Patent 0 390 255 der Anmelderin. Der äquivalente Filamentdurchmesser der spanabhebend erhaltenen Fasern liegt zwischen 25 und 50, d. h. näherungsweise bei 36 um. Eine Mehrzahl dieser Bündel werden miteinander verbunden und auf einer Bandmaschine zu einem Faserband reißversponnen. Eine Mehrzahl von Bändern werden erneut miteinander verbunden und nach einem weiteren Vorstreckschritt werden sie erneut kompaktiert und durch Umwickeln des somit erhaltenen Bündels nahezu paralleler Fasern in einer sogenannten Umwicklungsmaschine verstärkt, beispielsweise mit einem durchgehenden synthetischen Filament (als Bindemittel) mit einer Umwicklungsgeschwindigkeit von zwischen 200 und 500 Umdrehungen/Minute. Unmittelbar vor dem Umwickeln kann der Faserkern falls erforderlich zwischen die Bänder auf der Bandmaschine eingebracht werden. Der Anteil an Metall in diesem verstärkten Bündel kann zwischen 0,5 und 5 liegen. Die Metallfasern in den Bündeln haben eine metrische Nummer zwischen Nm 1,5 und 5.
Die somit kompaktierten und konsolidierten Bündel werden auf einer Flachwirkmaschine (5 bis 14 Feinheit) zu einer Doppelbett-Wirkstruktur verarbeitet, um besser das nachfolgende Aufrollen der Ränder des Stoffs zu verhindern. Der Stoff kann ein Gewicht zwischen 800 und 2000 g/m² beispielsweise etwa 1200 g/m² aufweisen. Die schwereren Stoffe bieten eine längere Lebensdauer. Der gewirkte Stoff weist bevorzugt eine Dicke von näherungsweise 2 mm auf und ein Gewicht von 800 bis 1500 g/m². Der Aufbau der Wirkstruktur kann ziemlich einfach sein (beispielsweise doppelripp- und rohrförmig bei Feinheit 7). Synthetische Trägerfäden können auch während des Wirkens zugeführt werden, um den Wirkprozeß zu vereinfachen. Das Bindemittel (und weitere nicht metallische Fäden, sofern vorhanden) werden dann durch Ausbrennen derselben entfernt womit ein gewirkter Stoff zurückbleibt, in welchem die Volumeneigenschaften des ursprünglich abgespanten Bündels zum Teil wiederhergestellt sind. Nach der Entfernung des Bindemittels kann es auch nützlich sein, den gewirkten Stoff zu rollen oder isostatisch zu komprimieren um beispielsweise eine gleichmäßigere Permeabilität in dem Stoff zu erhalten.
Dieser gewirkte Stoff wird dann auf einem Rahmenwerk in dem Gehäuse eines Vormischgasbrenners in der bekannten Weise als flache oder röhrförmige Membran auf der Höhe der Flamme befestigt. Derartige Gasbrenner sind unter anderem in der WO 93/18342 der Anmelderin dargestellt. Ein herkömmliches Propan/Luft-Gemisch (jeweils mit stöchiometrischen Mischungsverhältnissen und mit einem Überschuß an Luft) wird dem Brenner zugeführt. Er wird über längere Zeitperioden in Betrieb gesetzt, wobei aufeinanderfolgende Zyklen von einem Oberflächenstrahlungssystem zu einem Blauflammensystem mit plötzlichen Unterbrechungen dazwischen reichen. Dies führt dazu, daß es die Gaspermeabilität des Stoffs möglich macht, eine gleichmäßige Brennfront ohne Rückschlagen der Flammen und ohne Erzeugung von Pfeiftönen bei hohen Strömungsraten zu erhalten. Dies ist deshalb ein Hinweis einer guten Temperaturtrennung zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Gases durch die Membran. In jedem Fall bleiben die Emissionswerte für CO und NOx während des Betriebs gering. Ein komprimierter oder gerollter Membranstoff kann falls erforderlich empfohlen werden.
Dieser gewirkte Aufbau bietet den Vorteil, daß er im Gegensatz zu den herkömmlichen gesinterten dünnen Membranen biegsam ist. Somit wird das bekannte Problem der Ausdehnung der steifen gesinterten Membranplatten vermieden. Zusätzlich können die gewirkten Stoffe in großen Oberflächen in aufgerollter Form zugeführt werden. Dies macht es möglich, die Verluste durch Zerschneiden des Stoffes gering zu halten. Wenn gewirkte Rachel- Stoffe verwendet werden, ist die Maschenöffnung zwischen 0,5 und 5 mm zu halten. In bestimmten Oberflächenzonen der Membran kann die Maschendichte derjenigen in benachbarten Oberflächenzonen unterschiedlich gemacht werden, um somit verschiedene lokale Brennsysteme in der Membran zu erzeugen, welche von der verwendeten Gasströmungsrate abhängen.
Im Vergleich zu Sintermaterial-Faserbrenner-Membranen bieten die gewirkten Strukturen zusätzlich den Vorteil, daß sie sich wesentlich schneller aufheizen. Es ist somit möglich, mit den erfindungsgemäßen Stoffen sehr intensive Aufheizimpulse zu erzeugen, welche beispielsweise weniger als eine Sekunde dauern. Dieses interessante Merkmal macht beispielsweise den Gebrauch von erfindungsgemäßen Fasern in bestimmten Abschnitten von Öfen zum Biegen von Glasplatten möglich. Derartige Öfen können dann Zonen mit unterschiedlicher Aufheizung umfassen, wie beispielsweise in der EP 0 659 697 offenbart.
Die erfindungsgemäßen textilen Stoffe können auch als Filterplatten verwendet werden, um grobe Partikel in heißen Gasströmen auszufiltern. Sie können auch als Hitzeschilde oder Vorhänge am Eingang oder Ausgang von Tunnelöfen verwendet werden.
Die Stoffe können auch verwendet werden, um beispielsweise Oberflächen von rostfreiem Stahl durch Reibung zu polieren. Ein rohrförmiger Wirkstoff kann beispielsweise auf eine Stange oder einen Stab oder ein Rohr aufgezogen werden, um dessen Außenoberfläche durch eine Schleifbehandlung zu polieren.
Wenn die Stoffe mit katalytisch aktiven Substanzen beschichtet sind, können diese als Trägerplatte für derartige Katalysatoren in Reaktoren verwendet werden. Die Stoffe können auch als Trägerlage in Airbag-Filtern eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines textilen Stoffes, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

- Bereitstellen von Metallfilamenten, welche durch einen Abspanungsprozeß erhalten wurden, wobei die Filamente einen äquivalenten Durchmesser zwischen 15 um und 150 um aufweisen;

- Kompaktieren der Metallfilamente ohne einen Verdrillungsschritt und Verstärken der Metallfilamente mittels eines Bindemittels zu Bündeln aus nahezu parallelen Filamenten;

- Verarbeiten der verstärkten Bündel zu dem textilen Stoff mittels Weben, Wirken oder Flechten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein selbsttragender filamentförmiger oder bandförmiger Gegenstand ist, welcher um das Bündel herumgewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Klebstoff ist, welcher das Bündel bedeckt oder umgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Entfernens des Bindemittels von dem textilen Stoff umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Verbindens von nicht metallischen Filamenten mit den Metallfilamenten unter dem Bindemittel umfaßt.

6. Textiler Stoff, umfassend Bündel, wobei die Bündel verstärkte Metallfilamente umfassen, welche in nahezu paralleler Anordnung in den Bündeln angeordnet sind und einen äquivalenten Filamentdurchmesser von zwischen 15 und 150 um aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfilamente durch einen Abspanungsprozeß erhalten werden und daß die Metallfilamente in den Bündeln kompaktiert sind.

7. Textiler Stoff nach Anspruch 6, wobei der Stoff gewirkt ist und ein Gewicht zwischen 300 g/m² und 4000 g/m² besitzt.

8. Textiler Stoff nach Anspruch 6, wobei der Stoff durch Rollen oder durch isostatisches Zusammendrücken komprimiert ist.

9. Textiler Stoff nach Anspruch 7, wobei der Stoff eine Doppelbett-Flach- oder -Kreiswirkstruktur aufweist.

10. Textiler Stoff nach Anspruch 9, wobei der äquivalente Filamentdurchmesser zwischen 25 um und 50 um liegt und wobei die Metallfasern in den Bündeln eine metrische Nummer von zwischen Nm 0,5 und 5 aufweisen.

11. Textiler Stoff nach Anspruch 10, wobei der Stoff ein Gewicht zwischen 800 g/m² und 2000 g/m² besitzt.

12. Textiler Stoff nach Anspruch 6, wobei die Metallfilamente rostfreie Stahlfilamente sind.

13. Textiler Stoff nach Anspruch 6, wobei die Metallfilamente Titanfilamente sind.

14. Textiler Stoff nach Anspruch 6, wobei die Metallfilamente aus Stahllegierungen hergestellt sind, welche Chrom, Aluminium und zwischen 0,05 und 0,3 Gew.-% Yttrium enthalten.

15. Verwendung eines textilen Stoffs nach Anspruch 14 als Gasbrennermembran.