DE69701796T2

DE69701796T2 - Faserverbundwerkstoffe und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69701796T2
Application number: DE69701796T
Authority: DE
Inventors: Paul Martin Lawford Asher; Stuart Samuel Boffey
Original assignee: Saffil Ltd
Current assignee: Saffil Ltd
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: CN1216595A; ES2146461T3; AU1885097A; EP0883736B1; DE69701796D1; CN1082610C; WO1997032118A1; EP0883736A1

Description

Die Erfindung betrifft Faserkompositprodukte, umfassend eine Vielzahl anorganischer Fasern, welche mit einem Bindemittel miteinander verbunden sind, und betrifft Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung Faserkompositmatten, welche zum elastischen Einbauen von fragiler Keramik oder Metallmonolithen, welche in katalytischen Konvertern und Diesel-Teilchenfilter gefunden werden, in ein Metallgehäuse verwendet werden können.
Automobile und andere Straßenfahrzeuge werden routinemäßig mit katalytischen Konvertern und Diesel-Teilchenfiltern ausgerüstet, um die durch den Motor erzeugten Abgase zu reinigen. Diese Vorrichtungen umfassen gewöhnlich einen keramischen Honigwaben-Monolith, welcher innerhalb eines Metallgehäuses untergebracht ist, und einen Träger für den Katalysator schafft. Der keramische Monolith umfaßt eine Vielzahl winziger Strömungskanäle und stellt eine zerbrechliche Struktur dar, welche gegenüber Beschädigung empfänglich ist, wenn sie Schwingungskräften unterzogen wird, welche bei Betrieb von Straßenfahrzeugen ausschlaggebend sind. Darüber hinaus werden der Monolith und das umgebende Metallgehäuse extrem hohen Temperaturen bei Gebrauch ausgesetzt, wodurch sich diese ausdehnen, jedoch nicht im selben Maß. Als Konsequenz hiervon muß das Halterungssystem, welches verwendet wird, um den keramischen Mono lith in dessen Metallgehäuse zu befestigen vor den begleitenden Schwingungskräften isolieren und jeden Unterschied zwischen der Ausdehnung des Monoliths und des Gehäuses kompensieren. Dabei können die Spannungen, welchen der Monolith während des Gebrauchs als Ergebnis einer unterschiedlichen Ausdehnung oder von Schwingungskräften ausgesetzt ist, auf einem annehmbaren Pegel aufrechterhalten werden.
Es ist bekannt, eine Kompositfasermatte zu verwenden, um den fragilen keramischen Monolith in katalytischen Konvertern und Diesel-Teilchenfilter in einem umgebenden Metallgehäuse elastisch zu befestigen, beispielsweise gemäß US 4 011 0651 und WO-94/24425. Die Fasermatte ist in dem ringförmigen Raum zwischen dem Monolith und dem umgebenden Metallgehäuse angeordnet und wird unter Druck im ringförmigen Raum gehalten, so daß ein radialer Druck auf den Monolith und das Gehäuse ausgeübt wird, welcher den Monolith an seinem Platz hält.
Die Erfindung schafft ein Kompositfaserprodukt, umfassend eine Vielzahl anorganischer Fasern und ein Bindemittel, und betrifft ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Kompositfaserprodukt kann die Form einer flexiblen Matte annehmen, welche verwendbar ist, um keramische oder metallische Monolithe in katalytischen Konvertern und Diesel-Teilchenfiltern in deren Metallgehäusen zu verwenden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kompositfaserprodukt geschaffen, insbesondere eine Matte, welche eine Vielzahl anorganischer Fasern und ein Bindemittel, welches weitgehend gleichförmig über das Faserprodukt verteilt ist, umfaßt, und wobei das Faserkompositprodukt eine laminare Scherfestigkeit von wenigstens 0,1 MPa besitzt.
Die anorganischen Fasern können irgendwelche im Stand der Technik bekannte anorganische Fasern sein. Wenn jedoch das Kompositfaserprodukt eine Matte ist, welche verwendet wird, um die keramischen oder metallischen, in katalytischen Konvertern und Diesel-Teilchenfiltern enthaltenen Monolithe elastisch zu befestigen, müssen die Fasern bei hohen Betriebstemperaturen in solchen Vorrichtungen thermisch stabil sein, d. h., sie werden nicht abgebaut. Typischerweise werden die in Kompositfasermatten, die in solchen Halterungen verwendet werden, bei Temperaturen oberhalb von 700ºC, vorzugsweise oberhalb 800ºC, insbesondere oberhalb 900ºC, thermisch stabil sein.
Thermisch stabile anorganische Fasern schließen keramische Fasern, wie Aluminafasern, Mullitfasern, Aluminosilicatfasern, Aluminoborosilicatfasern, Siliconfasern und Titanfasern, ebenso wie glasartige Glasfasern, ein. Unter diesen sind Aluminafasern besonders bevorzugt, wobei bei diesem Ausdruck auch Aluminafasern, umfassend wenige Gewichtsprozent Silica, das als Phasenstabilisator zugefügt wurde, eingeschlossen sind. Die Fasern sind vorzugsweise kurze Stapelfasern mit einer Länge im Bereich von 1 bis 10 cm und einem mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 um. Besonders bevorzugte Aluminafasern sind solche, die in Form einer locker gebundenen Matte mit niedriger Dichte von Imperial Chemical Industries PLC unter dem Handelsnamen Saffil verkauft werden und welche bei Temperaturen oberhalb 1000ºC thermisch stabil sind.
Die Kompositfaserprodukte gemäß der Erfindung können zwei oder mehrere verschiedene Typen anorganischer Fasern umfassen. Bei dieser Ausführungsform können die unterschiedlichen Faserarten innig gemischt werden, oder sie können entmischt sein und in definierten Mustern, z. B. in diskreten Schichten, angeordnet sein.
Das Bindemittel kann ein anorganisches Material sein, ist jedoch vorzugsweise ein organisches Material. Geeignete organische Bindemittel sind insbesondere in US-4 011 651 und WO- 94/24425 beschrieben. Vorzugsweise ist das Bindemittel ein organisches Polymer. Ein geeignetes Bindemittel ist ein Copolymer, basierend auf n-Butylacrylat und Acrylnitril.
Bevorzugte Bindemittel sind solche, die beim Härten einer härtbaren Polymerzusammensetzung erhalten werden. Bevorzugte Beispiele für härtbare Polymerzusammensetzungen sind solche, umfassend eine Kombination aus einem Acrylpolymer und einem Vernetzungsmittel, insbesondere ein eine Epoxygruppe enthaltendes Vernetzungsmittel, wie ein Epoxyharz. Härtbare Polymerzusammensetzungen dieser Art umfassen typischerweie 90,0 bis 99,0 Gew.-%, vorzugsweise 95,0 bis 99,0 Gew.-% Acrylpolymer und 1,0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1,0 bis 5 Gew.-% Vernetzungsmittel. Das Acrylpolymer ist geeigneterweise ein Homopolymer oder Copolymer, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus C&sub1;&submin;&sub8;-Alkyl- (C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl)acrylaten, und ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Homopolymer oder Copolymer, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl(meth)acrylaten, beispielsweise Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat und Butylacrylat. Ein besonders bevorzugtes Bindemittel ist dasjenige, das beim Härten einer Zusammensetzung, umfassend ein Acrylpolymer, basierend auf Butylacrylat, und einem Epoxyharz als Vernetzungsmittel erhalten wurde.
Wenn eine erfindungsgemäße Kompositfasermatte zum Montieren von keramischen oder metallischen Monolithen in einem katalytischen Konverter oder einem Diesel-Teilchenfilter verwendet wird, ist es bevorzugt, ein organisches Bindemittel zu verwenden, welches weitgehend pyrolysiert/ausgebrannt wird bei den hohen Temperaturen, welchen die Matte bei Gebrauch ausgesetzt ist. Zusätzlich ist das organische Bindemittel vorzugsweise solch eines, welches nicht zur Erzeugung toxischer Emissionen führt, wenn es pyrolysiert/ausgebrannt wird, und ist aus diesem Grund vorzugsweise frei von Chlor und Stickstoff.
Das in dem Kompositfaserprodukt der Erfindung enthaltene Bindemittel ist weitgehend gleichförmig über das Faserprodukt verteilt. Vorzugsweise ist die Verteilung des Bindemittels in dem Kompositfaserprodukt derart, daß der Gewichtprozentsatz an Bindemittel in jedem 1-mm³-Bereich des Produkts, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts in diesem Bereich, innerhalb 40%, vorzugsweise innerhalb 30%, insbesondere innerhalb 20%, des gesamten Gewichtsprozentsatzes des Bindemittels im Produkt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, vorhanden ist.
Die Dicke des Kompositfaserprodukts hängt von dem beabsichtigten Endgebrauch des Produkts ab. Wenn jedoch das Produkt eine Kompositfasermatte zum Montieren eines keramischen oder Metall-Monoliths in einem katalytischen Konverter oder einem Diesel-Teilchenfilter ist, wird es typischerweise eine Dicke im Bereich von 3 bis 15 mm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 12 mm, und insbesondere im Bereich von 5 bis 9 mm, aufweisen.
Der Anteil des Bindemittels in dem Kompositfaserprodukt wird typischerweise im Bereich von 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, liegen.
Das Kompositfaserprodukt der Erfindung besitzt typischerweise eine Dichte im Bereich von 30 bis 700 kg/cm³, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 kg/m³ und insbesondere im Bereich von 100 bis 350 kg/m³.
Das erfindungsgemäße Kompositfaserprodukt besitzt eine laminare Scherfestigkeit, worunter die Kraft verstanden wird, welche angewandt werden muß, um eine Delaminierung des Produkts hervorzubringen, von wenigstens 0,1 MPa, vorzugssweise wenigstens 0,2 MPa und insbesondere wenigstens 0,4 MPa. Die laminare Scherfestigkeit kann herkömmlich mittels Instron oder ähnlichen Vorrichtung unter Verwendung eines Drei-Punkt-Biegetests gemessen werden. Vorzugsweise ist das Kompositfaserprodukt auch fähig, einen Druck von wenigstens 1,0 kgf/cm², bevorzugter im Bereich von 1,5 bis 4,0 kgf/cm², auszuüben, wenn eine Produktprobe eine Dicke im Bereich von 5 bis 10 mm zu einer Dicke von 3 mm zwischen zwei Platten zusammengedrückt wird, und das Bindemittel entfernt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines Kompositfaserprodukts, insbesondere einer Matte, geschaffen, welches das Imprägnieren einer Fasermatte, umfassend eine Vielzahl von anorganischen Fasern, mit einem flüssigen Bindemittelsystem, umfassend ein Bindemittelmaterial und eine Trägerflüssigkeit, und Unterwerfen der imprägnierten Fasermasse einem Heizschritt umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Heizschritt die Verwendung dielektrischer Heizung, wie Mikrowelle oder Heizen mit Radiofrequenz umfaßt. Bei diesem zweiten Aspekt der Erfindung wird die imprägnierte Fasermasse vorzugsweise während wenigstens eines Teils des Heizschritts unter Druck gehalten.
Die Fasermasse, welche gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren imprägniert wird, kann eine Vielzahl diskreter Fasern umfassen, oder kann die Form eines Multifaserprodukts annehmen, bei welchem individuelle Fasern zu einer Matte oder einer Decke mit niedriger Dichte angeordnet sind und locker durch Faserverwicklung zusammengehalten sind oder robuster konsolidiert sind durch andere Mittel, wie Weben, Stricken, Nähen, Nadeln oder Vakuumverpacken. Vorzugsweise ist die Fasermasse, welche in den erfindungsgemäßen Verfahren imprägniert wird, ein Multifaserprodukt mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 60 mm, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 50 mm, und einer Flächendichte im Bereich von 0,2 bis 2,0 kg/m², vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 2,0 kg/m². Die anorganischen Fasern und bevorzugten anorganischen Fasern für die Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren sind zuvor in Verbindung mit dem Kompositfaserprodukt beschrieben worden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können verwendet werden, um Kompositfaserprodukte aus zwei oder mehreren unterschiedlichen anorganischen Faserarten herzustellen. Bei dieser Ausführungsform können die unterschiedlichen Faserarten innig gemischt werden oder sie können entmischt sein und in einem definierten Muster, z. B. in diskreten Schichten angeordnet sein.
Das flüssige Bindemittelsystem kann ein anorganisches Bindemittelmaterial umfassen, umfaßt jedoch vorzugsweise ein organisches Bindemittelmaterial, wie ein Polymer, und eine organische oder wäßrige Trägerflüssigkeit, welche fähig ist, das organische Bindemittelmaterial aufzulösen oder zu dispergieren.
Geeignete organische Materialien sind insbesondere in US- 4 Oll 651 und WO-94/24425 beschrieben, wobei deren Offenbarungen hier unter Bezugnahme eingeschlossen sind, und dabei Polymere einschließen ebenso wie härtbare Polymere oder Prepolymere, welche in situ auf der imprägnierten Fasermasse als Teil des Trocknungsschritts oder in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt gehärtet werden können. Das Polymer kann ein Material sein, welches die Wiederaufarbeitung von Fasern aus Abfallprodukt in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder bei nachfolgenden Verarbeitungs/Veredelungsverfahren erlaubt.
Ein geeignetes Bindemittelsystem umfaßt eine wäßrige Dispersion eines auf n-Butylacrylat und Acrylnitril basierenden Copolymer.
Bevorzugte Bindemittelsysteme sind solche, welche eine Dispersion, vorzugsweise eine wäßrige Dispersion umfassen, aus einer härtbaren Polymerzusammensetzung, die manchmal als Harz oder Latex bezeichnet wird. Beispiele bevorzugter härtbarer Polymerzusammensetzungen sind solche, umfassend eine Kombination aus einem Acrylpolymer und einem Vernetzungsmittel, insbesondere einem Epoxygruppe enthaltenden Vernetzungsmittel, wie einem Epoyxyharz. Härtbare Polymerzusammensetzungen dieser Art umfassen typischerweise 90,0 bis 99,0 Gew.-%, vorzugsweise 95,0-bis "99,0 Gew.-%, Acrylpolymer und 1,0 bis 10,0 Gew.-%, vorzugsweise 1,0 bis 5,0 Gew.-%, Vernetzungsmittel. Das Acrylpolymer ist geeigneterweise ein Homopolymer oder Copolymer, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus C&sub1;&submin;&sub8;-Alkyl(C&sub1;&submin;&sub4;-alkyl)acrylaten und ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Homopolymer oder Copolymer, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus C&sub1;&submin;&sub4;- Alkyl(meth)acrylaten, z. B. Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat und Butylacrylat. Ein besonders bevorzugtes Bindemittelsystem ist solch eines, das eine wäßrige Dispersion eines Acrylpolymers umfaßt, basierend auf Butylacrylat und einem Epoxyharz als Vernetzungsmittel.
Wenn das flüssige Bindemittelsystem solch eines ist, das eine härtbare Polymerzusammensetzung umfaßt, kann es auch einen Katalysator umfassen, um den Härtungsprozeß zu beschleunigen.
Aus obigem ist zu würdigen, daß der Ausdruck flüssiges Bindemittelsystem auch Bindemittelsysteme einschließt, welche Dispersionen oder Suspensionen fein zerteilter Feststoffe in flüssigen Trägern umfaßt.
Das flüssige Bindemittelsystem wird typischerweise 0,05 bis 50,0 Gew.-% Bindemittelmaterial und 50,0 bis 99,5 Gew.-% Trägerflüssigkeit umfassen. Vorzugsweise wird das flüssige Bindemittelsystem 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1,0 bis 5,0 Gew.- %, Bindemittelmaterial und 90,0 bis 99,5 Gew.-%, vorzugsweise 95,0 bis 99,0 Gew.-%, Trägerflüssigkeit umfassen.
Verschiedene Techniken können zum Imprägnieren der Masse aus anorganischen Fasern verwendet werden. Beispielsweise können die individuellen Fasern sorgfältig im flüssigen Bindemittelsystem dispergiert werden, und die resultierende Dispersion kann zu Bahnen gegossen werden unter Verwendung eines Papierherstellungsprozesses, welcher die Entfernung von überschüssiger Trägerflüssigkeit, beispielsweise im Vakuum, einschließt.
Wenn die Masse der anorganischen Fasern in Form eines Vielfaserprodukts vorliegt, bei welchem die individuellen Fasern zu einer Matte oder Decke mit niedriger Dichte angeordnet sind, kann die Matte oder Decke einfach in das flüssige Bindemittelsystem eingetaucht werden oder sich mit diesem vollsaugen.
Bevor die imprägnierte Fasermasse einem Trocknungs/Heizschritt unterzogen wird, ist es oftmals bequem, jegliche überschüssige Trägerflüssigkeit zu entfernen. Dies kann erreicht werden durch Pressen der imprägnierten Fasermasse zwischen Walzen oder Platten, durch Einbringen in Vakuum oder durch Zentrifugiren.
Nachdem die Fasermasse mit dem flüssigen Bindemittelsystem imprägniert wurde, wobei im allgemeinen jegliche überschüssige Trägerflüssigkeit entfernt wurde, wird die imprägnierte Fasermasse einem Trocknungs/Heizschritt unterzogen. Bei den Verfahren gemäß den zweiten und dritten Aspekten der Erfindung und vorzugsweise auch im Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird wenigstens ein Teil des Trocknungs/Heizschritts durchgeführt, während die imprägnierte Fasermasse unter Druck gehalten wird. Die imprägnierte Fasermasse sollte unter Druck gehalten werden, bis zu der Zeit, bei welcher das Bindemittelmaterial fähig ist, die Fasern zusammenzuhalten und signifikant die Ausdehnung des Kompositfaserprodukts zu begrenzen, wenn die Druckkräfte einmal freigesetzt sind. Im allgemeinen wird die Gesamtheit des Trocknungs/Heizschritts durchgeführt, während die imprägnierte Fasermasse unter Druck gehalten wird, es ist jedoch auch möglich, die Endstufen des Trocknungs/Heizschritts auf diese Weise durchzuführen und noch zufriedenstellende Resultate zu erhalten. Während dem Trocknungs/Heizschritt wird weitgehend sämtliche und vorzugsweise sämtliche Rest Trägerflüssigkeit entfernt.
Der Druck, welcher während dem Trocknungs/Heizschritt angewandt wird, um die imprägnierte Fasermasse zu komprimieren, wird im allgemeinen im Bereich von 5 bis 500 kPa, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 200 kPa, liegen. Im allgemeinen wird der Druck so angewandt, daß ein Kompositfaserprodukt erzeugt wird mit einer Dichte im Bereich von 30 bis 700 kg/m³, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 kg/m³, insbesondere im Bereich von 100 bis 350 kg/m³. Wenn die Fasermasse, welche imprägniert wird, ein Multifaserprodukt mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 60 mm, z. B. im Bereich von 30 bis 50 mm, und einer Flächendichte im Bereich von 0,2 bis 2,0 kg/m², beispielsweise im Bereich von 1, 0 bis 2, 0 kg/m², ist, wird die resultierende imprägnierte Fasermasse im allgemeinen zu einer Dicke im Bereich von 2 bis 5 mm während dem Trocknungs/Heizschritt zusammengepreßt. Dieser Druck wird herkömmlich bei einem Batch-Prozeß angewandt durch sandwichartiges Anordnen der imprägnierten Fasermasse zwischen Platten und anschließendes Zusammenpressen der Platten, beispielsweise mittels Klemmbacken, Federklammern oder hydraulischer Pressen. Alternativ kann bei einem kontinuierlichen Prozeß es bequem sein, die notwendigen Druckkräfte auf die imprägnierte Fasermasse auszulösen durch deren Einführung in eine Walzen- oder Bandanordnung.
Bei den Verfahren gemäß dem zweiten und dritten Aspekt der Erfindung kann ein herkömmlicher Ofen verwendet werden, um den Trocknungs/Heizschritt durchzuführen, jedoch wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein dielektrisches Heizen, wie Heizen mit Mikrowelle oder Radiofrequenz, verwendet, da dadurch eine gleichförmigere Verteilung des Bindemittels in dem End-Kompositfaserprodukt erhalten wird. Bei den Verfahren gemäß dem zweiten, dritten und vierten Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, eine Kombination aus dielektrischem Heizen und herkömmlicher Heizmittel, wie einem Heißluftstrom, zu verwenden. Typischerweise wird der Trocknungs/Heizschritt ein Erhitzen der imprägnierten Fasermasse auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200ºC, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 170ºC, einschließen. Temperaturen im Bereich von 140 bis 160ºC sind besonders bevorzugt.
Wenn das flüssige Bindemittelsystem eine härtbare Polymerzusammensetzung umfaßt, ist es bevorzugt, daß dem Trocknungs/Heizschritt ein weiterer Verarbeitungsschritt nachgeschaltet ist, bei welchem die härtbare Polymerzusammensetzung gehärtet wird. Dieser Härtungsprozeß schließt bevorzugt eine Polymerzusammensetzung ein, welche eine Art (some form) von Vernetzungsreaktion eingeht. Jedoch sind gewöhnlich die eingesetzten Temperaturen im Trocknungs/Heizschritt ausreichend, um jegliche verbleibende Trägerflüssigkeit zu entfernen und die härtbare Polymerzusammensetzung zu härten, so daß ein separater Härtungsschritt im allgemeinen nicht notwendig ist. Wenn ein separater Härtungsschritt verwendet wird, wird jedoch die imprägnierte Fasermasse im allgemeinen für die Dauer des Härtungsschritts unter Druck gehalten.
Das Kompositfaserprodukt der Erfindung kann auch ein oder mehrere andere Materialien enthalten. Geeignete Materialien für den Einschluß im Kompositfaserprodukt schließen Schichtmineralien, insbesondere ausdehnbare Schichtsilicatmineralien, wie Vermuculit, ein. Das Einverleiben eines weiteren Materials in das Kompositfaserprodukt kann durch Zugeben des Materials zu einem flüssigen Bindemittelsystem, welches bei der Herstellung solch eines Produkts verwendet wird, erreicht werden.
Die erfindungsgemäßen Kompositfaserprodukte können als Befestigungsmatten verwendet werden, um keramische und Metall- Monolithe in katalytischen Konvertern und Diesel- Teilchenfiltern zu montieren oder zu befestigen, oder die keramischen Monolithe, die in Heißgasfiltrationseinheiten und Kohlevergasungsanlagen gefunden werden, abzustützen. Die erfindungsgemäßen Kompositfaserprodukte können auch Anwendungen bei Dichtungen und als Isoliermaterial bei hoher Temperatur nützlich verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert, ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

Proben einer "Saffil"-Matte niedriger Dichte mit einer Größe von etwa 500 mm · 200 mm wurden aus einem Bulk-Produkt mit einer bekannten Flächendichte von 1, 2 bis 1,6 kg/m² und einer Dicke von 30 bis 50 mm ausgeschnitten. Diese Proben wurden gewogen und anschließend zu einer Bahn gebracht, wo sie mit einem Latex (Acronal 35D, eine 50%ige wäßrige Dispersion aus einem Copolymer, basierend auf n-Butylacrylat und Acrylnitril, von BASF), welcher auf einen Feststoffgehalt von etwa 3% Gew./Gew. verdünnt wurde, durchtränkt wurden. Die imprägnierten -Proben wurden anschließend zwischen zwei Blättern aus PTFE-beschichtetem Glasfasermaschen angeordnet, und diese Sandwiches wurden anschließend zwischen zwei Blätter einer Verschalung aus Glasfaser, gefüllt mit Siliconharz, mit einer Größe von 500 mm · 200 mm · 12 mm eingelegt. Die Harzverschalungen wurden anschließend unter Verwendung von G-Klammern gepreßt, bis die imprägnierten "Saffil"-Schichten auf eine Dicke von etwa 5 mm (entspricht einem angewandten Druck von etwa 0,5 bar (50 kPa)) vermindert war, und sie wurden in dieser Stellung mit den Klammern gehalten. Während dieser Anordnung trat der überschüssige Latex aus den Proben aus.
Die vollständigen geformten Anordnungen wurden anschließend auf das Band eines Luft/Radiofrequenz(RF)-unterstützen Ofens gebracht, und die Bandgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß sich eine Verweilzeit von zwischen 15 und 45 Minuten ergab. Die RF-Leistung des Ofens wurde auf etwa 5,5 kW gesetzt und die Temperatur der Luft im Ofen wurde auf etwa 150ºC eingestellt.

Beispiel 2

Proben einer "Saffil"-Matte mit niedriger Dichte und einer Größe von etwa 500 mm · 200 mm wurden aus einem Bulk-Produkt mit einer bekannten Flächendichte von 1,0 bis 2,0 kg/m² und einer Dicke von 30 bis 50 mm ausgeschnitten. Diese Proben wurden abgewogen und anschließend auf eine Spur gebracht, wo sie mit einem Latex (60%ige wäßrige Dispersion von auf Butylacrylat basierendem Polymer, enthaltend 3% Gew./Gew. Epikote (TM) 828 Epoxyhar-Vernetzungsmittel), welcher zu einem Feststoffgehalt von etwa 5% Gew./Gew. verdünnt worden war, durchtränkt wurden. Die imprägnierten Proben wurden anschließend zwischen zwei Bahnen aus PTFE-beschichtetem Glasfasernetz sandwichartig angeordnet, und diese Sandwiches wurden anschließend zwischen zwei Verschalungsblättern aus Glasfaser, gefüllt mit Siliconharz, einer Größe von 500 mm · 200 mm · 12 mm eingebracht. Die Harzverschalungen wurden anschließend mittels G-Klammern zusammengepreßt, bis die imprägnierten "Saffil"-Schichten auf eine Dicke von eta 5 mm verringert waren (entspricht einem angewandten Druck von etwa 0,5 bar (850 kPa)) und wurden in die ser Stellung mit den Klammern gehalten. Bei dieser Anordnung trat überschüssiger Latex aus den Proben aus.
Die vollständigen geformten Anordnungen wurden anschließend auf das Band eines Luft/Radiofrequenz(RF)-unterstützen Ofens gebracht, und die Bandgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß sich eine Verweilzeit von zwischen 15 und 45 Minuten ergab. Die RF-Leistung des Ofens wurde auf etwa 5,5 kW gesetzt und die Temperatur der Luft im Ofen wurde auf etwa 150ºC eingestellt. Die Proben wurden aus dem Ofen entfernt, wenn der Latex vollständig getrocknet und gehärtet (vernetzt) war. Die Klammern und die Verschalungen wurden anschließend vorsichtig von den Proben entfernt, und das PTFE-Netz oder -Gitter (mesh) wurde abgeschält, um die End-Kompositfasermatten mit einer Dicke im Bereich von 7 bis 8,5 mm zu erhalten.

Claims

1. Faserkompositprodukt umfassend eine Vielzahl von anorganischen Fasern und ein Bindemittel, welches weitgehend gleichförmig über das Faserprodukt verteilt ist und das Faserkompositprodukt eine laminare Scherfestigkeit von wenigstens 0,1 MPa besitzt.

2. Faserkompositprodukt nach Anspruch 1, worin die anorganischen Fasern bei Temperaturen über 700ºC thermisch stabil sind.

3. Faserkompositprodukt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die anorganischen Fasern keramische Fasern sind.

4. Faserkompositprodukt nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin die anorganischen Fasern polykristalline anorganische Oxidfasern sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminafasern, Mullitfasern, Aluminosilikatfasern, Aluminoborosilikatfasern, Zirkoniumfasern und Titanfasern.

5. Faserkompositprodukt nach Anspruch 4, worin die anorganischen Fasern Aluminafasern sind.

6. Faserkompositprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die anorganischen Fasern kurze Stapelfasern mit einer Länge im Bereich von 1 bis 10 cm und einem mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 um sind.

7. Faserkompositprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Bindemittel ein organisches Material ist.

8. Faserkompositprodukt nach Anspruch 7, worin das Bindemittel ein organisches Polymer ist.

9. Faserkompositprodukt nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin das Bindemittel ein Material ist, abgeleitet vom Härten einer härtbaren Polymerzusammensetzung, umfassend ein Acrylpolymer und ein Epoxygruppe enthaltendes Vernetzungsmittel.

10. Faserkompositprodukt nach Anspruch 9, worin das Acrylpolymer ein Homopolymer oder Copolymer ist, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus C&sub1;&submin;&sub4; Alkyl(meth)acrylaten.

11. Faserkompositprodukt nach Anspruch 9, worin das Bindemittel ein Material ist, abgeleitet aus dem Härten einer härtbaren Polymerzusammensetzung, umfassend ein Acrylpolymer, basierend auf Butylacrylat, und ein Epoxyharz-Vernetzungsmittel.

12. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Verteilung des Bindemittels in dem Faserkompositprodukt derart ist, daß der Gewichtsprozentsatz an Bindemittel in jedem 1 mm³ Bereich des Produkts, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts in diesem Bereich, innerhalb 40% des gesamten Gewichtsprozentsatzes des Bindemittels im Produkt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, liegt.

13. Faserkompositprodukt nach Anspruch 12, worin die Verteilung des Bindemittels in dem Faserkompositprodukt derart ist, daß der Gewichtsprozentsatz an Bindemittel in jedem 1 mm³ Bereich des Produkts, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts in diesem Bereich innerhalb 30% des Gesamtgewichtsprozentsatzes an Bindemittel in dem Produkt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkt, liegt.

14. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Dicke im Bereich von 3 bis 15 mm aufweist.

15. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Beladung des Bindemittels im Produkt im Bereich von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, beträgt.

16. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Dichte im Bereich von 30 bis 700 kg/m³ aufweist.

17. Faserkompositprodukt nach Anspruch 16, welches eine Dichte im Bereich von 100 bis 500 kg/mg aufweist.

18. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine laminare Scherfestigkeit von wenigstens 0,2 MPa aufweist.

19. Faserkompositprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches fähig ist, einen Druck von wengistens 1,0 kgf/cm² auszuüben, wenn eine Produktprobe mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 10 mm auf eine Dicke von 3 mm zwischen zwei Platten komprimiert wird und das Bindemittel entfernt wird.

20. Faserkompositprodukt nach Anspruch 19, welches fähig ist einen Druck im Bereich von 1,5 bis 4,0 kgf/cm² auszuüben, wenn eine Produktprobe mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 10 mm auf eine Dicke von 3 mm zwischen zwei Platten komprimiert und das Bindemittel entfernt wird.

21. Verfahren zur Herstellung eines Faserkompositprodukts, umfassend Imprägnieren einer Fasermasse, umfassend eine Vielzahl von anorganischen Fasern, mit einem flüssigen Bindemittelsystem umfassend ein Bindemittelmaterial und eine Trägerflüssigkeit, und unterwerfen der imprägnierten Fasermasse einem Heizschritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschritt die Verwendung dielektrischer Heizung einschließt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, worin die imprägnierte Fasermasse während wenigstens eines Teils des Heizschritts unter Druck gehalten wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, worin die imprägnierte Fasermasse ein Multifaserprodukt ist, bei welchem die individuellen Fasern zu einer Matte oder eine Decke mit niedriger Dichte zusammengesetzt sind.

24. Verfahren nach Anspruch 23, worin das Multifaserprodukt eine Dicke im Bereich von 10 bis 16 mm und eine Flächendichte im Bereich von 0,2 bis 2,0 kg/m² aufweist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, worin die anorganischen Fasern bei Temperaturen oberhalb 700ºC thermisch stabil sind.

26. Verfahren nach Anspruch 25, worin die anorganischen Fasern keramische Fasern sind.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, worin die anorganischen Fasern polykristalline anorganische Oxidfasern sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminafasern, Mullitfasern, Aluminosilikatfasern, Aluminoborosilikatfasern, Zirkoniumfasern und Titanfasern.

28. Verfahren nach Anspruch 27, worin die anorganischen Fasern Aluminafasern sind.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, worin die anorganischen Fasern kurze Stapelfasern mit einer Länge im Bereich von 1 bis 10 cm und einem mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 um sind.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, worin das flüssige Bindemittelsystem ein organisches Bindemittelmaterial umfaßt und eine organische oder wässrige Trägerflüssigkeit, welche fähig ist, das organische Bindemittelmaterial zu lösen oder zu dispergieren.

31. Verfahren nach Anspruch 30, worin das organische Bindemittelmaterial ein Polymer ist.

32. Verfahren nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, worin das flüssige Bindemittelsystem eine Dispersion aus einer härtbaren Polymerzusammensetzung umfaßt, umfassend ein Acrylpolymer und ein Epoxygruppe enthaltendes Vernetzungsmittel.

33. Verfahren nach Anspruch 32, worin das Acrylpolymer ein Homopolymer oder Copolymer ist, umfassend Monomereinheiten, abgeleitet von wenigstens einem Acrylmonomer, ausgewählt aus den C&sub1;&submin;&sub4; Alkyl (meth) acrylaten.

34. Verfahren nach Anspruch 32, worin das flüssige Bindemittelsystem eine Dispersion aus einer härtbaren Polymerzusammensetzung umfaßt, umfassend ein Acrylpolymer, basierend auf Butylacrylat, und ein Epoxyharz-Vernetzungsmittel.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, worin die Dispersion eine wässrige Dispersion ist.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, worin das flüssige Bindemittelsystem 0,5 bis 50,0 Gew.-% Bindemittelmaterial und 50,0 bis 99,5 Gew.-% Trägerflüssigkeit umfaßt.

37. Verfahren nach Anspruch 36, worin das flüssige Bindemittelsystem 1,0 bis 5,0 Gew.-% Bindemittelmaterial und 95,0 bis 99, 9 Gewichts% Trägerflüssigkeit umfaßt.

38. Verfahren nach Anspruch 22, worin der gesamte Trocknungs/Heizschritt durchgeführt wird, während die imprägnierte Fasermasse unter Kompression gehalten ist.

39. Verfahren nach Anspruch 22, worin der Druck, welcher während dem Trocknungs/Heizschritt angewandt wird, um die imprägnierte Fasermasse zu komprimieren, im Bereich von 5 bis 500 kPa liegt.

40. Verfahren nach Anspruch 39, worin der Druck, welcher während dem Trocknungs/Heizschritt angewandt wird, um die imprägnierte Fasermasse zu komprimieren, im Bereich von 5 bis 200 kPa liegt.

41. Verfahren nach Anspruch 21, worin die dielektrische Heizeinrichtung eine Mikrowellen- oder Radiofrequenzheizung ist.

42. Verfahren nach Anspruch 21, worin eine Kombination von dielektrischem Heizen und herkömmlichen Heizen während dem Trocknungs/Heizschritt verwendet wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 47, worin die imprägnierte Fasermasse auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200ºC im Trocknungs/Heizschritt erhitzt wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, worin die imprägnierte Fasermasse auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 170ºC im Trocknungs/Heizschritt erhitzt wird.