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Die vorliegende Erfindung betrifft hitzebeständige Materialien, welche anstelle von
Asbest verwendet werden können. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
hochtemperaturbeständige Mischgarne mit hervorragenden mechanischen und physikalischen
Eigenschaften, wie Hitzebeständigkeit, Biegsamkeit, Festigkeit, Biegefestigkeit,
Verschleißfestigkeit, Schnittbeständigkeit und Leichtgewichteigenschaften.
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Es ist bekannt, daß Garne, die nur aus hitzebeständigen Fasermaterialien, wie
Mineralfasern (z. B. Asbest), anorganischen Fasern (z. B. Glasfasern, feuerfeste Fasern, die aus
Acrylfasern durch Feuerfestmachen erhalten wurden, Kohlenstofffasern,
Aluminiumoxidfasern, Siliziumcarbidfasern, anorganische Faserkristalle, Steinfasern, Schlackefasern) und
Metallfasern, hergestellt wurden, oder Mischgarne, die aus diesen und anderen
Fasermaterialien hergestellt wurden, als hitzebeständige Materialien verwendet werden. Diese
Garne werden bei relativ niedrigen Temperaturen, zum Beispiel 600ºC oder niedriger, in
Form von Stoffen oder anderen Faserprodukten oder durch Imprägnieren dieser Stoffe mit
hitzebeständigen und Flammen verzögernden Harzen, wie Phenolharzen, verwendet.
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In jüngsten Jahren ist die Verwendung von Asbest wegen seiner ungünstigen
Wirkungen auf die Gesundheit von Menschen nach und nach begrenzt worden. Viele Studien
sind gemacht worden, um Materialien zu finden, welche anstelle von Asbest verwendet
werden können.
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Als Material, welches anstelle von Asbest verwendet werden kann, sind häufig Para-
Aramidfasern, wie Kevlar®, verwendet worden. Die Para-Aramidfasern haben jedoch den
Nachteil, daß sie bei hohen Temperaturen, zum Beispiel etwa 400ºC, Verschlechterung
bewirken.
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Als anderes Material, welches anstelle von Asbest verwendet werden kann, ist zum
Beispiel die Entwicklung von Kohlenstofffasern und Keramikfasermaterialien umfassend
durchgeführt worden. Insbesondere weisen Keramikfasermaterialien, wie Kaliumtitanat und
Aluminiumoxid hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hervorragende
Hitzebeständigkeit auf, so daß sie Temperaturen von 1200ºC oder höher widerstehen können.
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Die Kohlenstofffasern und Keramikfasermaterialien weisen jedoch schlechte
Biegeverschleißfestigkeit auf, so daß sie leicht Bruch verursachen. Insbesondere
Kaliumtitanatfasermaterialien zeigen wegen ihrer relativ kurzen Längen sehr geringe
Ausbeuten beim Mischgarnspinnschritt. Deshalb ist das Spinnen von nur solchen
Fasermaterialien ziemlich schwierig. Auch wenn Garne hergestellt werden, können keine
guten Faserprodukte erhalten werden.
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In JP-A 58-46145/1983 sind Hitzeschutzstoffe offenbart, welche durch Grundweben
unter Verwendung von Grundgarnen hergestellt werden, die durch Verstärkung von
Mischgarnen, welche aus Keramikfasern und feuerfesten Fasern hergestellt werden, die durch
Backen organischer Fasern, wie Acrylfasern, zu ihrer Carbonisation erhalten wurden, mit
Metalldrähten, wie Messingdrähten, Kupferdrähten, Edelstahldrähten, Inconeldrähten und
Moneldrähten, erhalten wurden. Diese Hitzeschutzstoffe werden als Vorhänge zum Zweck
des Verhinderns der Streuung von Schweißfunken und geschmolzenem Metall verwendet;
jedoch wird keine Offenbarung zur Verarbeitbarkeit, Biegeverschleißfestigkeit der
Mischgarnmaterialien selbst und Elastizität gefunden. Die vorstehend carbonisierten Fasern
weisen gewöhnlich schlechte Biegsamkeit auf und verursachen leicht Bruch. Deshalb sind
zum Zeitpunkt der Herstellung, wie in Spinn- und Webeschritten, Verfahren auf hohem
Niveau erforderlich, und die so erhaltenen Stoffe können nicht für Produkte verwendet
werden, welche sich wiederholter Verformung unterziehen, wie hitzebeständige Packungen
und hitzebeständige Förderbänder.
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In JP-B 7-26270/1995 sind doublierte und gezwirnte Garne offenbart, welche durch
Mischgarnspinnen von Keramikfasern und Edelstahlfasern hergestellt werden; jedoch wird
das so erhaltene Mischgarn unvermeidlich schwer, weil beide Grundfasern ein hohes
spezifisches Gewicht aufweisen.
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Wie vorstehend beschrieben, sind noch keine Fasern mit hervorragenden
Eigenschaften, wie Spinnverarbeitbarkeit und Hitzebeständigkeit entwickelt worden, welche
anstelle von Asbest verwendet werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, welche es möglich macht, die vorstehenden
Probleme zu lösen, ist, ein hochtemperaturbeständiges Mischgarn bereitzustellen, welches
ohne die Verwendung von Asbest Hitzebeständigkeit bei 500ºC oder höheren Temperaturen,
zufriedenstellende Biegeverschleißfestigkeit, hohe Ausbeuten im Spinnschritt, hervorragende
Leichtgewichteigenschaften und Sichweichesanfühlen erreichen kann.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn zeigt einen Glühverlust
von 70% oder weniger, vorzugsweise von 60% oder weniger und stärker bevorzugt von 50%
oder weniger, wenn es 30 Minuten lang in Luft auf 850ºC erhitzt wird.
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Das Mischgarn umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform eine Polybenzazolfaser
in einer Menge von 1 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 99 Gew.-%.
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Das Mischgarn weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Zugfestigkeit von
wenigstens 0,1 kgf/g nach 30 Minuten langem Erhitzen in Luft auf 400ºC auf.
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Das Mischgarn zeigt in einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens 50%
Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen.
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Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein hochtemperaturbeständiges Mischgarn
bereit, das eine hitzebeständige organische Faser und wenigstens eine Faser aus
anorganischen Fasern und Metallfasern umfaßt, wobei die hitzebeständige organische Faser
einen Glühverlust von 70% oder weniger zeigt, vorzugsweise von 60% oder weniger und
stärker bevorzugt von 40% oder weniger, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf 500ºC erhitzt
wird, und von 85% oder weniger zeigt, vorzugsweise von 30% oder weniger, wenn sie
30 Minuten lang in Luft auf 800ºC erhitzt wird.
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Das Mischgarn umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform eine Polybenzazolfaser
als die hitzebeständige organische Faser in einer Menge von 1 Gew.-% bis 99 Gew.-%.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn zeigt einen Glühverlust
von 70% oder weniger, vorzugsweise von 60% oder weniger und stärker bevorzugt von 50%
oder weniger, wenn es 30 Minuten lang in Luft auf 850ºC erhitzt wird. Geringere
Glühverlustwerte sind bevorzugt, weil das hochtemperaturbeständige Mischgarn verbesserte
Hitzebeständigkeit aufweist. Der Begriff "Glühverlust", wie hier verwendet, bezieht sich auf
die Gewichtsänderung (%) eines Probenstücks durch Erhitzen auf eine vorgeschriebene
Temperatur, welche durch den folgenden Ausdruck dargestellt ist:
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wobei ml das Trockengewicht (g) eines Probenstücks vor dem Erhitzen ist, und m² das
Gewicht (g) des Probenstücks nach dem Erhitzen ist. Das Trocknen und die
Gewichtsmessung des Probenstücks werden gemäß JIS R 3450 durchgeführt, wie für den
Glühverlust von Asbest beschrieben. Wenn das so erhaltene Mischgarn einen Glühverlust von
mehr als 70% zeigt, wenn es 30 Minuten lang in Luft auf 850ºC erhitzt wird, weist es
schlechte Hitzebeständigkeit und verschlechterte Beibehaltung der Form auf.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn kann vorzugsweise eine
Zugfestigkeit von wenigstens 0,1 kgf/g, stärker bevorzugt von 4 bis 30 kgf/g nach 30 Minuten
langem Erhitzen in Luft auf 400ºC aufweisen. Wenn das so erhaltene Mischgarn eine
Zugfestigkeit von weniger als 0,1 kgf/g nach 30 Minuten langem Erhitzen in Luft auf 400ºC
aufweist, hat es nicht immer solch eine zufriedenstellende Biegeverschleißfestigkeit, daß es
anstelle von Asbest verwendet werden kann. Die Zugfestigkeit wird gemäß JIS R 3450
gemessen.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn kann vorzugsweise
wenigstens 50%, stärker bevorzugt wenigstens 60% Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen
zeigen. Die Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen wird durch den Ausdruck dargestellt:
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Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen (%) = S&sub1;/S&sub0; · 100 [2]
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wobei So die Zugfestigkeit (kgf/g) eines Mischgarns vor dem Erhitzen ist, und S&sub1; die
Zugfestigkeit (kgf/g) des Mischgarns nach dem Erhitzen ist. Wenn das so erhaltene
Mischgarn weniger als 50% Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen zeigt, weist es keine
solche zufriedenstellende Hitzebeständigkeit auf, daß es anstelle von Asbest verwendet
werden kann.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn umfaßt eine
hitzebeständige organische Faser, wie nachstehend beschrieben.
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Die erfindungsgemäß verwendete hitzebeständige organische Faser muß einen
Glühverlust von 70% oder weniger, vorzugsweise von 60% oder weniger und stärker
bevorzugt von 40% oder weniger zeigen, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf 500ºC erhitzt
wird. Wenn die verwendete hitzebeständige organische Faser einen Glühverlust von mehr als
70% zeigt, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf 500ºC erhitzt wird, weist das so erhaltene
Mischgarn schlechte Hitzebeständigkeit auf. Die erfindungsgemäß verwendete
hitzebeständige organische Faser muß weiterhin einen Glühverlust von 85% oder weniger,
vorzugsweise von 30% oder weniger zeigen, wenn sie 30 Minuten lang in Luft auf 800ºC
erhitzt wird. Der Glühverlust solch einer hitzebeständigen organischen Faser wird auf
dieselbe Art und Weise gemessen, wie vorstehend für den Glühverlust eines
hochtemperaturbeständigen Mischgarns beschrieben.
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Beispiele der hitzebeständigen organischen Faser, welche die vorstehenden beiden
Erfordernisse beim Glühverlust erfüllen, schließen Polybenzazolfasern ein. Im
erfindungsgemäßen hochtemperaturbeständigen Mischgarn kann die Polybenzazolfaser
vorzugsweise in einer Menge von 1 Gew.-% bis 99 Gew.-%, stärker bevorzugt von 10 Gew.-%
bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des hochtemperaturbeständigen
Mischgarns, enthalten sein. Bei einer Zunahme der enthaltenen Menge von
Polybenzazolfasern weist das so erhaltene Mischgarn nicht nur verbesserte Festigkeit,
Verschleißfestigkeit und Flexibilität, sondern auch gute Eigenschaften auf, wenn sie in der
Herstellungsstufe eine Streichmaschine durchlaufen, und die Ausbeute ist erhöht.
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Der Begriff "Polybenzazolfaser", wie hier verwendet, bezieht sich auf verschiedene
aus Polybenzazol- (PBZ-) Polymeren hergestellte Fasern. Beispiele des Polybenzazol- (PBZ-)
Polymers schließen Polybenzoxazol- (PBO-) und Polybenzothiazol- (PBT-) Homopolymere,
sowie statistische, sequentielle oder Block-Copolymere ihrer Monomerkomponenten ein.
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Das Polybenzoxazol und Polybenzothiazol, sowie statistische, Sequenz- oder Block-
Copolymere ihrer Monomerkomponenten sind zum Beispiel in Wolfe et al., "Liquid
Crystalline Polymer Compositions, Production Process and Products", US-Patent Nr.
4,703,103 (27. Oktober 1987), "Liquid Crystalline Polymer Compositions, Production
Process and Products", US-Patent Nr. 4,533,692 (6. August 1985), "Liquid Crystalline Poly-
(2,6-benzothiazole) Compositions, Production Process and Products", US-Patent Nr.
4,533,724 (6. August 1985), "Liquid Crystalline Polymer Compositions, Production Process
and Products", US-Patent Nr. 4,533,693 (6. August 1985); Evers, "Thermooxidatively Stable
Articulated p-Benzobisoxazole and p-Benzobisthiazole Polymers", US-Patent Nr. 4,359,567
(16. November 1982); und Tsai et al., "Method for Making Heterocyclic Block Copolymer",
US-Patent Nr. 4,578,432 (25. März 1986) offenbart.
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Die PBZ-Polymere sind lyotrope Flüssigkristallpolymere, welche aus Homopolymeren
oder Copolymeren zusammengesetzt sind, die als Hauptgrundeinheit wenigstens eine der durch
die folgenden Strukturformeln (a) bis (h) dargestellten Einheiten enthält:
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Die PBZ-Polymere können als Hauptgrundeinheit vorzugsweise wenigstens eine der
durch die vorstehenden Strukturformeln (a) bis (c) dargestellten Einheiten enthalten.
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Die PBZ-Polymere und -Copolymere können durch irgendeines der bekannten
Verfahren, wie von Wolfe et al., US-Patent Nr. 4,533,693 (6. August 1985); Sybert et al., US-
Patent Nr. 4,772,678 (20. September 1988); and Harns, US-Patent Nr. 4,847,350 (11. Juli
1989) offenbart, hergestellt werden. Gemäß der Offenbarung von Gregory et al., US-Patent
Nr. 5,089,591 (18. Februar 1992) kann der Polymerisationsgrad für PBZ-Polymere bei hohen
Reaktionsgeschwindigkeiten unter relativ hoher Temperatur und hohen Scherbedingungen
unter einer nichtoxidativen Atmosphäre in einem dehydratisierenden Säurelösungsmittel
erhöht werden.
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Um Polybenzazolfasern herzustellen, wird zuerst unter Verwendung von Cresol oder
nichtoxidativer Säuren als Lösungsmittel, in welchen das PBZ-Polymer gelöst werden kann,
eine Spinnlösung eines PBZ-Polymers hergestellt. Beispiele der nichtoxidativen
Säurelösungsmittel schließen Polyphosphorsäure, Methansulfonsäure und hochkonzentrierte
Schwefelsäure oder Gemische davon ein. Bevorzugte Lösungsmittel sind Polyphosphorsäure
und Methansulfonsäure. Das am meisten bevorzugte ist Polyphosphorsäure.
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Die Spinnlösung kann ein PBZ-Polymer in einer Menge von wenigstens 7 Gew.-%
enthalten. Die Polymerkonzentration in der Spinnlösung kann vorzugsweise wenigstens
10 Gew.-% und am meisten bevorzugt wenigstens 14 Gew.-% betragen, welches jedoch im
Hinblick auf gute Handhabungseigenschaften durch zunehmende Polymerlöslichkeit und
abnehmende Spinnlösungsviskosität gewöhnlich auf weniger als 20 Gew.-% eingestellt wird.
Solch eine Spinnlösung ist auch aus den US-Patenten Nr. 4,533,693, 4,772,678 und 4,847,350
gut bekannt.
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Aus der so erhaltenen Spinnlösung können durch irgendeines der bekannten Verfahren
(z. B. das Trocken-und-Naß-Spinnverfahren, wie in US-Patent Nr. 5,294,390 (15. Mai 1994)
offenbart) Polybenzazolfasern mit Hochtemperaturbeständigkeit, hoher Zugfestigkeit und
hohem Zugmodul hergestellt werden. Die so erhaltenen Polybenzazolfasern werden dann dem
gewöhnlichen Stapelherstellungsschritt unterzogen.
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Der gewöhnliche Kräuselschritt kann während des Stapelherstellungsschritts
durchgeführt werden. Die vorstehenden Polybenzazolfasern können vorzugsweise Crimps,
insbesoiidere im Hinblick auf verbesserte Spinneigenschaften aufweisen.
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Auf diese Art und Weise können Polybenzazolfasern mit jedem Denier und jeder
Schnittlänge erhalten werden. Die Schnittlänge kann im Hinblick auf Eigenschaften zum
Durchlaufen einer Streichmaschine vorzugsweise im Bereich von 25 bis 100 mm liegen.
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Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn kann wenigstens eine
Faser aus anorganischen Fasern und Metallfasern umfassen, wie nachstehend beschrieben.
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Beispiele der erfindungsgemäß verwendeten anorganischen Faser schließen
Keramikfasern, Glasfasern, feuerfeste Fasern, die aus Acrylfasern durch Feuerfestmachen
erhalten wurden, Kohlenstofffasern, Aluminiumoxidfasern, Siliziumcarbidfasern,
anorganische Faserkristalle, Steinfasern (Steinwolle) und Schlackefasern ein. Die
Verwendung von Keramikfasern ist im Hinblick auf verbesserte Hitzebeständigkeit besonders
bevorzugt. Die Keramikfasern sind durch Mischgarnspinnen mit den vorstehenden
hitzebeständigen organischen Fasern, welche das Streuen der Keramikfasern selber
verhindern, fest miteinanderverbunden.
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Die vorstehenden Keramikfasern werden zum Beispiel wie folgt hergestellt: ein
Ausgangsmaterial, wie kalziniertes Kaolin oder Aluminumoxid-Siliziumoxid, zu welchem
eine geeignete Menge Flußmittel zugegeben wird, wenn erforderlich, wird bei etwa 2200ºC
bis etwa 2300ºC in einem Induktionsheizofen geschmolzen, welches ausfließengelassen wird;
und dann wird die Schmelze durch Druckluft oder Hochdruckdampf abgeblasen
(Blasverfahren), oder die Schmelze wird auf die Seitenfläche einer Rotationsscheibe getropft
und folglich durch Fliehkraft zu einer Faser verarbeitet (Spinnverfahren). Folglich werden
Keramikbauschfasern im zusammengesetzten Zustand ohne zweites Verfahren erhalten. Die
Keramikbauschfasern weisen einen Faserdurchmesser von 1 bis 5 um und eine
vorgeschriebene Länge von zum Beispiel 50 mm oder kürzer auf. Die Keramikbauschfasern
weisen weiterhin Hitzebeständigkeit bei 1200ºC oder höheren Temperaturen auf.
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Die vorstehenden anorganischen Fasern können vorzugsweise eine Zugfestigkeit von
etwa 110 kgf/mm² aufweisen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Metallfasern sind nicht besonders beschränkt,
solange sie eine Streichmaschine durchlaufen können. Beispiele der Metallfaser schließen
Edelstahlfasern and Aluminiumfasern mit einem Durchmesser von etwa 23 um ein. Die
Verwendung solcher Edelstahlfasern ist insbesondere wegen ihrer hervorragenden
Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden Hitzebeständigkeit bevorzugt. Edelstahlfasern
sind den Keramikfasern in Korrosions- oder Hitzebeständigkeit etwas unterlegen, sind aber
den Keramikfasern in Biegeverschleißfestigkeit durch Biegen oder dergleichen und auch in
Biegsamkeit überlegen. Wenn die Edelstahlfasern als Mischgarn mit den vorstehenden
hitzebeständigen organischen Fasern gesponnen sind, kann das so erhaltene Mischgarn
bemerkenswert verbesserte Hitzebeständigkeit und Festigkeit aufweisen.
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Die Edelstahlfasern können vorzugsweise einen Faserdurchmesser von 2 bis 50 um,
stärker bevorzugt von 6 bis 10 um aufweisen. Wenn die Edelstahlfasern einen
Faserdurchmesser von mehr als 50 um aufweisen, ist es schwierig, sie im Mischgarn
einheitlich zu verteilen, und ihre Verwicklungen mit den hitzebeständigen organischen Fasern
werden leicht schlecht. Wenn auf der anderen Seite der Faserdurchmesser geringer als 2 um
ist, kommen die Edelstahlfasern selber leicht unter den Hitzeeinfluß, und das so erhaltene
Mischgarn kann schlechte Hitzebeständigkeit aufweisen.
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Die Edelstahlfasern können zum Beispiel in Form von Vorgarn verwendet werden,
welche zum Beispiel durch Schneiden eines Zugs aus Edelstahlfaserbündeln, die mit dem
Mehrfachdrahtziehverfahren, wie in JP-B 56-11523 beschrieben, hergestellt wurden, in einer
gewünschte Länge von etwa 20 bis etwa 100 mm erhalten werden.
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Die vorstehenden Metallfasern können eine Zugfestigkeit von etwa 135 kgf/mm²
aufweisen und weisen auch Zähigkeit auf, so daß sie nicht gebrochen werden, wie im Fall mit
Keramikfasern.
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Wenn sich die anorganischen Fasern und die Metallfasern beide im
erfindungsgemäßen hochtemperaturbeständigen Mischgarn befinden, können die Mengen
dieser Fasern frei bestimmt werden, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischgarns.
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Das erfindungsgemäße Mischgarn unter Verwendung hitzebeständiger organischer
Fasern und anorganischer Fasern und/oder Metallfasern wird auf folgende Art und Weise
hergestellt.
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Zuerst werden die hitzebeständigen organischen Fasern, wie Polybenzazolfasern, mit
einem Wollbrecher zerfasert, mit dem gleichzeitig anorganische Fasern und/oder Metallfasern
gemischt werden. Diese Mischung wird dann mit einer speziellen Streichmaschine in Form
von Vorgarn ausgesponnen. Dieses Vorgarn wird zum Beispiel mit einer Ringspinnmaschine
mit Drehungen von etwa 2 bis etwa 10 Drehungen/Zoll ausgestattet. Die Drehungen können in
Richtung von entweder Z-Drehungen oder S-Drehungen sein. Auf diese Art und Weise sind
die Verwicklungen der vorstehenden Fasern kompliziert, und ein Mischgarn mit irgendeiner
Garnnummer wird durch Umfangsdruck der Drehungen erhalten.
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So wird das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Mischgarn hergestellt.
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Die erfindungsgemäßen hochtemperaturbeständigen Mischgarne können alleine oder
in doublierter und gezwirnter Form als hitzebeständige Garne, hitzebeständige Litzen,
hitzebeständige Schnüre, hitzebeständige Seile oder andere Produkte verwendet werden. Die
erfindungsgemäßen hochtemperaturbeständigen Mischgarne können auch durch irgendeines
der bekannten Verfahren, wie Grundweben und Kombinationsweben, zum Beispiel als
hitzebeständige Dämpfungsmaterialien, hitzebeständige Förderbandmaterialien,
hitzebeständige Verpackungen, hitzebeständige Dichtungen, hitzebeständige Dehnungsbänder
(biegsame Verbindungsstücke), verschiedene wärmeisolierende Materialien, Hüll- oder
Dichtungsmaterialien für Drähte, Röhren und Rohre, Bremsbelagmaterialien,
Kupplungsbelagmaterialien, Feuerschutzprodukte, wie Feuervorhänge, oder hitzebeständige
Lärmbeseitungsdämpfungsmaterialien für Materialförderrollen, die in Eisengießereien oder
anderen Einrichtungen verwendet werden. Die vorstehenden Produkte können in
Verbundform für Verstärkung, wenn erwünscht, mit Metalldrähten, wie Messingdrähten, in
der Herstellungsstufe hergestellt werden. Die vorstehenden Produkte können auch mit
hitzebeständigen und Flammschutzharzen, wie Penolharzen, in der Mischgarn- oder
Stoffherstellung imprägniert werden. Um die Dämpfungseigenschaften zu verbessern, ist es
bevorzugt, daß das Mischgarn zu drei bis zehn kombinierten Schichten gewoben wird, um
eine Dicke von 2 bis 20 mm aufzuweisen. Außerdem kann das erfindungsgemäße
hochtemperaturbeständige Mischgarn für Maschenprodukte, wie Handschuhe, verwendet
werden, welche deshalb hervorragende Schnittbeständigkeit sowie hervorragende
Hitzebeständigkeit zeigen.
Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele
veranschaulicht, welche nicht auszulegen sind, um ihren Schutzumfang zu begrenzen.
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Die in diesen Beispielen erhaltenen Mischgarne und doublierten und gezwirnten
Garne wurden wie folgt bewertet:
Feuchtigkeitsgehalt
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Der Feuchtigkeitsgehalt wurde gemäß JIS R 3450 gemessen. Niedrigere Werte des
Feuchtigkeitsgehalts zeigen an, daß das so erhaltene Mischgarn oder doublierte und gezwirnte
Garn einen kleineren Wassergehalt aufweist.
Spinnausbeute
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Die Spinnausbeute wurden durch den folgenden Ausdruck bestimmt:
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Spinnausbeute (%) = W&sub2;/W&sub1; · 100 [3]
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wobei W&sub1; die eingespeiste Menge (kg) der ursprünglichen Bauschfasern ist, und W&sub2;
das Gewicht (kg) des so erhaltenen Mischgarns ist. Höhere Werte der Spinnausbeute zeigen
an, daß das so erhaltene Mischgarn oder doublierte und gezwirnte Garn gute Eigenschaften
zeigt, wenn es das Verfahren durchläuft.
Zugfestigkeit und Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen
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Die Zugfestigkeit des so erhaltenen Mischgarns wurde gemäß JIS R 3450 vor dem
Erhitzen (S&sub0;) bzw. nach 30 Minuten langem Erhitzen in Luft auf 400ºC (S&sub1;) gemessen, und
die Beibehaltung der Festigkeit bei Glühen wurde durch den Ausdruck [2] als Prozentsatz
bestimmt.
Glühverlust, wenn 30 Minuten lang in Luft auf 850ºC erhitzt
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Der Glühverlust des so erhaltenen Mischgarns wurde gemessen, wenn es gemäß
JIS R 3450 30 Minuten lang in Luft bei 850ºC erhitzt wird.
Biegsamkeit
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Die Biegsamkeit wurde mit dem Cantilever-Verfahren gemessen und durch die
folgenden Symbole ausgedrückt: -
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O: hervorragende Biegsamkeit
-
Δ: schlechte Biegsamkeit
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X: sehr schlechte Biegsamkeit
Biegeverschleißfestigkeit von Stoffen
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Die Biegeverschleißfestigkeit wurde mit einer 180º-Dauerbiege-Testmaschine
gemessen. Die Biegeverschleißfestigkeit von Stoffen wurde durch die folgenden Symbole
ausgedrückt:
-
O: hervorragend
-
Δ: schlecht
-
X: sehr schlecht
Beispiel 1
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Edelstahl- (SUS-) Fasern mit einen Faserdurchmesser von 8 um wurden mit einer
Schneidemaschine zu Vorgarn mit einer mittleren Länge von 50 mm geschnitten. Die
Edelstahlfasern wiesen eine Zugfestigkeit von 135 kgf/mm² auf. Das Vorgarn der
Edelstahlfasern und Polybenzoxazol- (PBO-) Fasern mit einen mittleren Faserdurchmesser
von 12 um (oder 1,5 Denier pro Einzelfilament) und einer mittleren Faserlänge von 44 mm
(die PBO-Fasern zeigte einen Glühverlust von 20%, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf
500ºC erhitzt wurden und von 62,6%, wenn sie 30 Minuten lang in Luft auf 800ºC erhitzt
wurden) wurden mit einem Wollbrecher einheitlich in Mengen von 20 Gew.-% bzw.
80 Gew.-% verteilt, und ein Mischgarn mit einem Durchmesser von 0,4 mm und etwa
5 Drehungen pro Zoll als Drehungszahl wurde mit dem bekannten Verfahren hergestellt.
Dann wurden vier solcher Mischgarne mit 5 Drehungen pro Zoll in entgegengesetzter
Richtung bereitgestellt, um ein doubliertes und gezwirntes Garn zu liefern.
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Das doublierte und gezwirnte Garn wurde dann mit einer Webmaschine zu vier
kombinierten Schichten gewoben, um einen Stoff mit einer Dicke von 8 mm und einer Breite
von 100 mm zu liefern. Der Stoff wurde einer 180º-Dauerbiege-Testmaschine zugeführt, und
der Biegetest wurde 50mal wiederholt. Weder Zerreißen noch Bruch wurde im Stoff bewirkt.
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Die Ergebnisse der Bewertung für das so erhaltene Mischgarn und den so erhaltenen
Stoff sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Beispiel 2
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Ein Mischgarn mit einem Durchmesser von 0,4 mm und etwa 5 Drehungen pro Zoll
als Drehungszahl wurde auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben,
hergestellt, außer daß Polybenzoxazol- (PBO-) Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser
von 12 um (oder 1,5 Denier pro Einzelfilament) und einer mittleren Faserlänge von 44 mm
(die PBO-Fasern zeigten einen Glühverlust von 20%, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf
500ºC erhitzt wurden und von 62,6%, wenn sie 30 Minuten lang in Luft auf 800ºC erhitzt
wurden) und Aluminumoxid-Siliziumoxid- (AS-) Keramikbauschfasern mit einem mittleren
Faserdurchmesser von 3 um (die AS-Fasern wiesen eine Zugfestigkeit von 80 kgf/mm² auf)
in Mengen von 70 Gew.-% bzw. 30 Gew.-% verwendet wurden. Dann wurde auf dieselbe Art
und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, ein doubliertes und gezwirntes Garn hergestellt.
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Das doublierte und gezwirnte Garn wurde dann mit einer Webmaschine zu drei
kombinierten Schichten gewoben, um einen Stoff mit einer Dicke von 6 mm und einer Breite
von 100 mm zu liefern. Für solch einen Stoff wurde der Biegetest 50mal wiederholt. Weder
Zerreißen noch Bruch wurde im Stoff bewirkt.
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Die Ergebnisse der Bewertung für das so erhaltene Mischgarn und den so erhaltenen
Stoff sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Beispiel 3
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Ein Mischgarn mit einem Durchmesser von 0,4 mm und etwa 5 Drehungen pro Zoll
als Drehungszahl wurde auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben,
hergestellt, außer daß Polybenzoxazol- (PBO-) Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser
von 12 um (oder 1,5 Denier pro Einzelfilament) und einer mittleren Faserlänge von 44 mm
(die PBO-Fasern zeigten einen Glühverlust von 20%, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf
500ºC erhitzt wurden und von 62,6%, wenn sie 30 Minuten lang in Luft auf 800ºC erhitzt
wurden), Aluminumoxid-Siliziumoxid- (AS-) Bauschfasern mit einem mittleren
Faserdurchmesser von 3 um (die AS-Fasern wiesen eine Zugfestigkeit von 80 kgf/mm² auf)
und Vorgarn von Edelstahl- (SUS-) Fasern mit einen Faserdurchmesser von 8 um und einer
mittleren Länge von 50 mm (die SUS-Fasern wiesen eine Zugfestigkeit von 135 kgf/mm²
auf), welche durch eine Schneidemaschine erhalten worden waren, in Mengen von 60 Gew.-%,
20 Gew.-% bzw. 20 Gew.-% verwendet wurden. Dann wurde auf dieselbe Art und Weise,
wie in Beispiel 1 beschrieben, ein doubliertes und gezwirntes Garn hergestellt.
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Das doublierte und gezwirnte Garn wurde verwendet, um einen Stoff auf dieselbe Art
und Weise herzustellen, wie in Beispiel 2 beschrieben. Für solch einen Stoff wurde der
Biegetest 50mal wiederholt. Weder Zerreißen noch Bruch wurde im Stoff bewirkt.
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Die Ergebnisse der Bewertung für das so erhaltene Mischgarn und den so erhaltenen
Stoff sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Beispiel 4
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Ein Mischgarn und ein Stoff wurden auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1
beschrieben, hergestellt, außer daß die Mengen der Polybenzoxazolfasern und Edelstahlfasern
von 80 Gew.-% bzw. 20 Gew.-% auf 20 Gew.-% bzw. 80 Gew.-% geändert wurden.
Vergleichsbeispiel 1
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Ein Mischgarn mit einem Durchmesser von 0,4 mm und etwa 5 Drehungen pro Zoll
als Drehungszahl wurde auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben,
hergestellt, außer daß die Edelstahl- (SUS-) Fasern, wie in Beispiel 1 beschrieben, und die
Keramik- (AS-) Fasern, wie in Beispiel 2 beschrieben, in Mengen von 40 Gew.-% bzw.
60 Gew.-% verwendet wurden. Dann wurde ein doubliertes und gezwirntes Garn auf dieselbe
Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt.
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Das doublierte und gezwirnte Garn wurde dann verwendet, um einen Stoff auf
dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, herzustellen.
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Die Ergebnisse der Bewertung für das so erhaltene Mischgarn und den so erhaltenen
Stoff sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
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Ein doubliertes und gezwirntes Garn wurde aus Mischgarnen hergestellt, und ein Stoff
wurde dann auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten, außer daß
Para-Aramid- (PA-) Fasern mit 1,5 Denier pro Einzelfilament (die PA-Fasern zeigten einen
Glühverlust von 98%, wenn sie 60 Minuten lang in Luft auf 500ºC erhitzt wurden, und von
98,4%, wenn sie 30 Minuten lang in Luft auf 800ºC erhitzt wurden) anstelle der
Polybenzoxazolfasern verwendet wurden.
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Die Ergebnisse der Bewertung für das so erhaltene Mischgarn und den so erhaltenen
Stoff sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3
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Ein doubliertes und gezwirntes Garn wurde hergestellt, und ein Stoff wurde dann auf
dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten, außer daß Asbest in einer
Menge von 100 Gew.-% verwendet wurde. Die Ergebnisse der Bewertung für das so
erhaltene doublierte und gezwirnte Garn und den so erhaltenen Stoff sind in den Tabellen 1
und 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 4
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Ein doubliertes und gezwirntes Garn wurde hergestellt, und ein Stoff wurde dann auf
dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten, außer daß Edelstahl- (SUS-)
Fasern in einer Menge von 100 Gew.-% verwendet wurden. Die Ergebnisse der Bewertung
für das so erhaltene doublierte und gezwirnte Garn und den so erhaltenen Stoff sind in den
Tabellen 1 und 2 gezeigt.
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*1: PBO, Polybenzoxazolfasern; SUS, Edelstahlfasern; AS, Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Keramikbauschfasern; PA, Para-Aramid-
Fasern.
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*2: in diesen Versuchen wurden nichtgemischte Garne mit den angezeigten Materialien hergestellt.
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*1: Die Messungen wurden auf dieselbe Art und Weise für die doublierten und
gezwirnten Garne, die anstelle der Mischgarne hergestellt wurden, durchgeführt.
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*2: Die Gewichte der Probenstücke waren nach Erhitzen durch Oxidation von
Edelstahl erhöht.
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Wie aus Tabelle 1 gesehen werden kann, zeigten die in den Beispielen 1 bis 4
erhaltenen Mischgarne hohe Werte der Beibehaltung der Festigkeit nach Glühen. Das heißt,
daß die in den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen Mischgarne hervorragende Hitzebeständigkeit
aufwiesen. Wie außerdem aus Tabelle 2 gesehen werden kann, wiesen die in den Beispielen 1
bis 4 erhaltenen Stoffe hervorragende Biegsamkeit und hervorragende
Biegeverschleißfestigkeit auf.
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Erfindungsgemäß werden Mischfasern mit verbesserter Hitzebeständigkeit, Festigkeit,
Biegeverschleißfestigkeit, Leichtgewichteigenschaften, Schnittbeständigkeit und Biegsamkeit
bereitgestellt, welche anstelle von Asbest verwendet werden können. In der vorliegenden
Erfindung kann die Spinnbehandlung anorganischer Fasern, wie Keramikfasern, welche
hervorragende Hitzebeständigkeit aufweisen, aber schwierig Nichtmischgarne durch Spinnen
liefern, durch Mischen mit hitzebeständigen organischen Fasern äußerst erleichtert werden.
Im Fall von Metallfasern mit hohem spezifischem Gewicht, wie Edelstahlfasern, können
durch Mischen mit hitzebeständigen organischen Fasern mit niedrigem spezifischem Gewicht
hochtemperaturbeständige Mischgarne mit hervorragenden Leichtgewichteigenschaften
hergestellt werden. Weiterhin werden Mischgarne bereitgestellt, die vom Umweltstandpunkt
äußerst bevorzugt sind, weil sie ohne die Verwendung von Asbest, welches ungünstige
Wirkungen auf menschliche Körper hat, hervorragende Hitzebeständigkeit und
Flammschutzeigenschaften aufweisen.