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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ungewebte Materialien und insbesondere
ein flexibles ungewebtes Material, das hohen Temperaturen standhalten
kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Materials.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ungewebte
Materialien werden grob als Folien- oder Bahnstrukturen definiert,
die durch Verbinden oder Verschlingen von Fasern oder Filamenten
mit mechanischen, thermischen oder chemischen Mitteln hergestellt
werden. Da die Fasern nicht in Garn umgewandelt zu werden brauchen,
das gestrickt oder gewoben wird, können ungewebte Materialien
schneller und wirtschaftlicher pro Materialienlängeneinheit hergestellt werden
als traditionelle Gewebematerialien. Zwei gut bekannte Herstellungstechniken
für ungewebte
Bahnen sind das Nass- und das Trockenverfahren. Im Nassverfahren
werden Fasern in Wasser mit sehr hohen Verdünnungsverhältnissen von 0,01 bis 0,5 Gew.-%
Faser gleichförmig
suspendiert. Die Lösung
aus Fasern und Wasser wird zu einem Filter oder Sieb geleitet, der/das
die Form eines geneigten Drahtgürtels
oder eines Zylinders haben kann. Während das Wasser durch den
Filter abläuft,
werden die Fasern in zufälliger
Ausrichtung zueinander niedergelegt, so dass eine lose Bahn entsteht.
Die Bahn wird dann zwischen Walzen durchgequetscht, um zusätzliches
Wasser zu beseitigen, und durch Leiten durch einen Ofen oder über Trockendosen getrocknet.
Das Nassverfahren erlaubt die Zugabe von Chemikalien, Bindemitteln
und Färbemitteln
vor oder nach dem Bilden der Bahn. Es erlaubt auch ein gleichförmiges Mischen
unterschiedlicher Fasern und ergibt ein Material mit isotropen Eigenschaften.
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Das
Trockenverfahren beinhaltet die Schritte des Aufbringens im Luftstroms
und des Kardierens. Luftstromaufbringung beginnt mit dem Suspendieren
der Fasern in Luft, danach werden sie als eine Folie auf einem Sieb
gesammelt. Die Faserablagerung auf dem Sieb kann im freien Fall
oder mit Hilfe von Druckluft und/oder durch Saugung erfolgen. In
einem Kardierungsschritt kämmen
mit feinen Drähten
und Zähnen
bedeckte rotierende Trommeln die Fasern zu parallelen Anordnungen,
um der Bahn anisotrope Eigenschaften zu verleihen.
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Nass-
und Trockentechniken zur Herstellung einer enormen Palette von Papier-
und Stoffprodukten mit Zellstofffasern und Textilfasern sind gut
bekannt. Diese hitzezerstörbaren
Materialien und Produkte lassen sich zwar relativ schnell und kostenarm
herstellen, aber sie sind nur für
Umgebungen und Anwendungen geeignet, die ein paar hundert Grad Fahrenheit
nicht überschreiten.
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Hochtemperaturanwendungen
(über 1000
Grad Fahrenheit) wie Abgas- und
Prozessgasfilter sowie Luftsackfilter, gehören zum Bereich der Metall-
und Keramikprodukte. Diese Produkte werden üblicherweise als einzelne monolithische
Komponente oder als eine mechanische Baugruppe aus verschiedenen
hochtemperaturfähigen
Komponenten ausgebildet. Gewebte Metallfasern sind ebenfalls bekannt,
aber wie bei Gewebestoffen ist das Weben von Drähten ein relativ langsamer
und aufwändiger
Prozess und die Porosität
des Gewebes lässt
sich nur schwer regulieren. Eine weitere Technik, die Metallfasern
oder -fäden
verwenden kann, ist als Sintern bekannt. Dabei kann eine Masse aus
Metallpartikeln oder -fasern durch Druck und Erhitzen unterhalb
des Schmelzpunkts des Metalls gestaltet und teilweise miteinander
verschmolzen werden. Sintern ist jedoch ein zeitaufwändiger Prozess,
für den Öfen benötigt werden,
die spezielle Prozessgase bereitstellen und enthalten können, und
die Konfiguration des resultierenden Produkts kann nicht leicht
verändert
werden. Somit haben alle diese bekannten Techniken und Materialien
Herstellungs-, Kosten- oder Leistungsnachteile.
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So
wie Gewebelängen
Flexibilität
im Hinblick auf die Endproduktkonfiguration bieten, wäre es wünschenswert,
ein flexibles, gewebeähnliches
Material bereitzustellen, das hohen Temperaturen standhalten kann,
die von einem Endbenutzer konfiguriert werden können. Es wäre noch nützlicher, wenn ein solches
Material mit existierenden Maschinen für ungewebte Nass- und Trockenmaterialien
hergestellt werden könnte.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein einzigartiges ungewebtes Material
bereit, das Temperaturen über 1000
Grad Fahrenheit aushalten kann. Das Material ist überraschend
flexibel und strukturell äußerst gleichförmig.
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In
einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet ein
Glas- und Metallfasermaterial
eine Bahn aus ungewebten Metallfasern und Glas, wobei Metallfasern
der Bahn durch Regionen von Glas mit anderen Metallfasern der Bahn
verbunden werden. Die ungewebten Metallfasern können dieselben oder unterschiedliche
Längen
haben und brauchen nicht gesintert zu werden.
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In
einer Ausgestaltung des Materials umhüllt eine Lochglasmatrix wenigstens
teilweise wenigstens einige Metallfasern aus Materialien wie Edelstahl,
Kupfer oder Aluminium. Die Metallfasern sind als nicht gesinterte,
ungewebte Folie konfiguriert; und jede der Metallfasern hat eine
Länge im
Bereich von 3 mm bis 10 mm oder mehr. Das Material hat ein Gewicht
im Bereich von 25 bis 1000 Ibs pro 3000 Quadratfuß.
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Leerstellen
oder Hohlräume
zwischen Metallfasern lassen es zu, dass Ausgestaltungen des Materials porös sind.
Die Hohlräume
können
jedoch ganz oder teilweise gefüllt
werden, um die Porosität
des Materials zu verändern.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines Glas- und Metallfasermaterials
gemäß der Erfindung
beinhaltet die Schritte des Nebeneinanderlegens von Metallfasern
mit Glasfasern und Erhitzen wenigstens der Glasfasern, um diese
zum Schmelzen zu bringen. Das schmelzende Glas umhüllt die
Metallfasern ganz oder teilweise. Wenn das Glas abkühlt, dann
werden wenigstens einige der Metallfasern durch das Glas an andere
Metallfasern gebunden.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Metallfasern und Glasfasern
miteinander vermischt, so dass ein Gemisch entsteht, das zu einer
ungewebten Bahn geformt wird, die nachfolgend erhitzt wird, damit wenigstens
einige Glasfasern wenigstens teilweise zum Schmelzen gebracht werden.
Sowohl die Metall- als auch die Glasfasern können vor dem Vermischen miteinander
in einer Flüssigkeit
dispergiert werden; und den Glasfasern und Metallfasern kann vor
dem Erhitzungsschritt eine Bindehilfe zugegeben werden, um der Bahn vorübergehend
Stabilität
zu verleihen, damit sie verarbeitet werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein flexibles,
ungewebtes Hochtemperaturmaterial dadurch hergestellt, dass Metallfasern
mit einer Länge
im Bereich von 3 mm bis 10 mm und Glasfasern mit einem Durchmesser
im Bereich von 0,4 bis 4 Mikron bereitgestellt werden. Die Glasfasern
haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Metallfasern. Die Metall-
und Glasfasern werden mit einer Bindehilfe wie einem organischen
Polymer vermischt, das maximal 5 Vol.-% des Gemischs ausmacht. Das
Gemisch wird zu einer folienähnlichen
Konfiguration mit einem Gewicht im Bereich von 25 bis 1000 Ibs pro
3000 Quadratfuß gestaltet und
auf eine Temperatur erhitzt, die zum Beseitigen der Bindehilfe aus
dem Gemisch ausreicht. Dann wird das Gemisch in einer zweiten Erhitzungsstufe
auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, damit wenigstens einige Glasfasern
wenigstens teilweise schmelzen, so dass sie wenigstens einige der
Metallfasern wenigstens teilweise umhüllen und wenigstens einige
der Metallfasern miteinander verkleben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
umfassenderes Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer zugehörigen Vorteile und Merkmale
wird mit Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung vermittelt,
die in Verbindung mit den Begleitzeichnungen zu sehen ist. Dabei
zeigt:
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1 eine
Ablauftabelle von Schritten in einem Verfahren zur Herstellung eines
Verbundmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht, mit einer ausführlichen Darstellung, eines
Teils einer Bahn aus Metall- und Glasfasern vor dem Erhitzen;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils der Bahn von 2 während eines Erhitzungsschritts;
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4 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils einer voll gebundenen Bahn;
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5 das
Material in einer gefalteten Konfiguration;
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6 eine
vergrößerte Ansicht
einer Ausgestaltung der Bahn mit einem Hohlraumvolumen von null; und
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7 eine
auseinander gezogene Darstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials
der Erfindung vor dem Heißbonden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
ein Fließschema
von Schritten in einem Verfahren zur Herstellung eines Glas- und
Metallfasermaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine kurze Beschreibung des Vorgangs dient als Einführung des
Verfahrens und des erfinderischen Materials; jeder der nachfolgenden
Schritte wird dann unten ausführlicher
beschrieben. In einem ersten Schritt 10 werden Metall-
und Glasfasern gewählt,
die die gewünschten
thermischen, elektrischen, chemischen und optischen Qualitäten aufweisen.
Für einen
Nassprozess können
die Metall- und Glasfasern zuvor in Schritt 12 in einer
Flüssigkeit
vordispergiert werden. Vor, während
oder nach dem Vordispergieren 12 kann den Fasern in Schritt 14 eine
Bindehilfe zugegeben werden. Alternativ kann die Bindehilfe den
Fasern in Schritt 16 zugegeben werden, in dem die Glas-
und Metallfasern zu einem Gemisch vermischt werden. Das Gemisch
wird dann zum Bilden einer Folie oder Bahn in Schritt 18 verwendet.
Die Bahn wird in Schritt 20 erhitzt, um eventuelles restliches
Wasser und organische Bindehilfe zu entfernen. In Schritt 22 wird
die Bahn für
einen Massenversand konfiguriert oder nach Bedarf zugeschnitten
und gestaltet.
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Mit
Bezug auf den ersten Schritt 10, es kann fast jedes Metall
oder jede Metalllegierung, die zu einem Filament oder einer Faser
geformt oder gezogen werden kann, als Material für die Metallfasern gewählt werden.
Zu beispielhaften Metallen gehören
Edelstahl, Kupfer und Aluminium. Jede der gewählten Metallfasern kann zwar
dasselbe Metall oder dieselbe Metalllegierung sein, aber die Metallfasern
können
eine Auswahl aus zwei oder mehr unterschiedlichen Metallen oder
Metalllegierungen enthalten. Die Fasern können alle dieselbe Länge haben;
Fasern mit zufallsmäßigen oder
unterschiedlichen Längen
ergeben jedoch letztendlich einen stärkeren Verbundstoff. In beispielhaften
Ausgestaltungen haben die Metallfasern Längen im Bereich von 3 mm bis
10 mm. Es können
zwar längere
oder kürzere
Metallfasern gewählt
werden, aber die Bahnbildung ist mit Metallfasern, die länger als
10 mm sind, im Allgemeinen schlechter, und die Festigkeit wird mit
Fasern von weniger als 3 mm Länge
gewöhnlich
reduziert. Eine gute Materialleistung wird mit Metallfasern mit
Durchmessern im Bereich von 2-4 Mikron erreicht. Die Durchmesser
können
bei Bedarf aber auch größer oder
kleiner sein.
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Ebenso
kann fast jedes Glas oder jede Glaszusammensetzung, die zu einem
Filament oder einer Faser geformt oder gezogen werden kann, als
Material für
die Glasfasern gewählt
werden. Zu beispielhaften Ausgestaltungen gehören Glasfasern, die gewöhnlich in
der Glasfaserherstellung zum Einsatz kommen, wie z.B. die Glasfasern
URF-15 von Schuller. Borfreies Glas ist besonders gut für elektrische
Anwendungen geeignet. Wie bei den Metallfasern, können auch
die gewählten
Glasfasern aus demselben Material bestehen. Glasfasern können jedoch
auch eine Auswahl aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien
enthalten. Die Fasern können
dieselbe Länge
oder unterschiedliche Längen
haben. In beispielhaften Ausgestaltungen haben die Glasfasern Längen im
Bereich von 3 mm bis 10 mm und Durchmesser im Bereich von 0,4 bis
4 Mikron. In anderen Ausgestaltungen haben die Glasfasern eine Länge von
10 mm bis 40 mm und eine Breite von 4 bis 20 Mikron. In jeder der
Ausgestaltungen werden die Glas- und Metallfasern so gewählt, dass
die Metallfasern einen höheren
Schmelzpunkt haben als die Glasfasern. Beispielhafte Glasfasern
schmelzen bei 1350°F
bis 1500°F
vollständig,
vaporisieren aber nicht.
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Wie
oben erwähnt,
kann das Verfahren ferner einen Schritt 12 des Vordispergierens
der Metall- und Glasfasern in einer Flüssigkeit beinhalten, wenn die
Bahn oder Folie in einem Nassverfahren gebildet werden soll. Beispielhafte
Flüssigkeiten,
die zum Vordispergieren von Metallfasern geeignet sind, sind unter
anderem Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose.
Ebenso können
die Glasfasern in einer Alkalilösung
oder einer azidischen Lösung
wie Schwefelsäure
vordispergiert werden.
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Wie
erwähnt,
kann das Verfahren den fakultativen Schritt 14 des Zugebens
einer Bindehilfe beinhalten, um die Handhabungseigenschaften der
Bahn bei der Verarbeitung zu verbessern. Beispielhafte Bindehilfen
sind unter anderem organische und anorganische Polymere. Die organischen
Bindehilfen können
mit Wärme
in einem Erhitzungsschritt 20 von der Bahn beseitigt werden.
Die Bindehilfe macht typischerweise 5 Vol.-% oder weniger des Gemischs
aus. Bei Bedarf können
jedoch auch mehr als 5 Vol.-% Bindehilfe zugegeben werden.
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Die
Flüssigkeiten,
einschließlich
der jeweiligen Glas- und Metallfasern, werden miteinander vermischt, so
dass ein Gemisch entsteht, das mit der Fachperson in der Papierherstellung
bekannten Nassverfahren mit Papierherstellungsmaschinen geformt
werden kann. Für
ein „leichtes" Material wird das
Gemisch so verteilt, dass es ein Gewicht im Bereich von 25 bis 100
Ibs pro 3000 Quadratfuß hat;
ein „schweres" Material wiegt dahingegen
mehr als 100 Ibs pro 3000 Quadratfuß. Es kann auch ein sehr „schweres" Material mit einem
Gewicht gebildet werden, das etwa 1000 Ibs pro 3000 Quadratfuß beträgt. Die
Glasfasern dienen sowohl als Dispersions- als auch als Suspensionshilfe
für die
Metallfasern, um eine ungewebte Metall- und Glasbahn zu definieren.
Die Glasfasern können
auch zu Handhabungseigenschaften ähnlich wie Glasbahnen beitragen,
die mit Papierherstellungsmaschinen erzeugt werden.
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Die
Diskussion des vorliegenden Verfahrens betrifft zwar eine Nasstechnik,
aber es kann mit einer geeigneten Modifikation des Verfahrens und
des resultierenden Produkts auch eine Trockentechnik zur Anwendung
kommen. Zum Beispiel werden in einer Trockentechnik die Metall-
und Glasfasern mit der Fachperson bekannten Techniken in dem gewünschten
Verhältnis
kombiniert, und die resultierende Bahn wird wie unten beschrieben
erhitzt. Es werden keine anderen Binde- oder Dispersionsmittel verwendet.
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In
einer beispielhaften Ausgestaltung beträgt die Gemischformulierung,
die das Material nach dem Erhitzen ergibt, 30 Teile von 8 Mikron
Edelstahlfaser; 20 Teile von 3,5 Mikron URF-15 Glasfaser; 2 Teile
von 105-2 (4 mm) Polyvinylalkoholfaser als Bindehilfe; und Bermocoll
E411FQ als Dispersionsmittel für
die Edelstahlfaser. Beim Testen auf Frazier CFM-Permeabilität ergibt ein Materialries von
50 Ibs und 3000 Quadratfuß 666,6 CFM;
und ein Materialries von 100 Ibs und 3000 Quadratfuß ergibt
341 CFM.
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2 illustriert
ein Stück
Bahnmaterial 24 nach dem Folienbildungsschritt 18 und
vor dem Erhitzungsschritt 20. Eine vergrößerte Ansicht
des Bahnmaterials 24 zeigt, dass Glasfasern 26 und
Metallfasern 28 ihre länglichen
Konfigurationen beibehalten haben, aber sie überlappen, verdrehen sich und
biegen sich in einer Reihe verschiedener Orientierungen. Es ist
jedoch auch zu bemerken, dass Abschnitte von vielen oder den meisten
der Metallfasern 28 sich überkreuzen, schneiden, berühren oder
in der Nähe
von nahe gelegenen Abschnitten von einer oder mehreren anderen Metallfasern
liegen. Ein Nähe- oder Berührungspunkt
der Metallfasern 28 wird als Schnittpunkt 30 bezeichnet.
Die sich nicht schneidenden Abschnitte der Metallfasern 28 definieren
Räume oder
Hohlräume 32 in
dem Material.
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3 illustriert
das vergrößerte Bahnmaterial 24 von 2 während eines
Erhitzungsschrittes 20, bei dem die Temperatur ausreicht,
um wenigstens einige der Glasfasern 26 wenigstens teilweise
zum Schmelzen zu bringen. Während
die Glasfasern 26 schmelzen, fließt das Glas, das die Fasern
bildet, auf und um wenigstens einen Abschnitt von wenigstens einigen
der Metallfasern 28. Ein Teil des schmelzenden/geschmolzenen Glases
sammelt sich an den Schnittpunkten 30 an. Interessanterweise
bleiben die Hohlräume 32 zwischen den
Metallfasern, die sich im Verteilungsschritt 18 gebildet
haben, im Wesentlichen einheitlich, während das Glas um die Metallfasern
herum fließt
und sich an den Schnittpunkten 30 sammelt. Es ist zu bemerken,
dass der Erhitzungsschritt 20 keine besondere Atmosphäre erfordert.
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4 illustriert
einen vergrößerten Abschnitt
einer voll verbundenen Bahn nach dem Erhitzungsschritt 20.
Es ist nur wenig oder gar kein Glas mehr als Fasern erkennbar, und
Glasblasen 34 befinden sich an vielen Schnittpunkten 30.
Die Glasblasen binden die Metallfasern zusammen und verleihen dem
Material Kohärenz. Der
hierin verwendete Begriff Blase bezieht sich allgemein auf eine
Agglomeration oder Ansammlung von Glas oder auf eine verdickte Region,
die rund oder unregelmäßig geformt
sein kann und die in eine dünne
Glashülle 36 übergehen
oder verlaufen kann, die viele oder die meisten der Metallfasern 28 beschichtet,
wie in der vergrößerten Ansicht
einer einzelnen Metallfaser zu sehen ist. Ferner können die
Blasen auch massiv sein, obwohl die Blasen 34 – beabsichtigt
oder unbeabsichtigt – Taschen
mit eingeschlossem Gas enthalten können. Je nach dem Volumen und
der Dispersion von Glas kann das resultierende Material als Lochglasmatrix
mit darin dispergierten Metallfasern beschrieben werden. Da die
Verbindungspunkte dispergiert sind und nur einen geringen Prozentanteil
des gesamten Oberflächenbereichs
des Materials umfassen, lässt
sich das Material leicht biegen. Ein Bruch oder Ausfall sogar einer
erheblichen Zahl von Glasblasen 34, wie dies beim Gestaltungsschritt 22 auftreten
kann, verursacht kein Auseinanderfallen des Materials. So werden
die ungewebten Metallfasern ohne Sintern nur durch Glas ohne sonstige
Bindemittel zusammengehalten, so dass eine sehr gleichförmige Struktur
entsteht.
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Da
die verbundene Bahn unerwartet flexibel ist, besonders bei geringeren
Gewichten, kann sie ohne zu reißen
oder zu brechen gefaltet, geformt, gestaltet oder auf sich selbst
gefalzt werden. 5 illustriert eine verbundene
Bahn mit mehreren Falzen. Im Allgemeinen ergibt eine Reduzierung
des Glasfasergehalts eine flexiblere Bahn mit einer glatteren Biege-
oder Falzkante, da es an einem Zwischenpunkt der gebogenen Metallfasern
kein oder wenig Umhüllungsglas
gibt. Für
ein sehr schweres Material wird die verbundene Bahn vorzugsweise
vor dem Erhitzungsschritt gefalzt oder geformt. Nach dem Erhitzungsschritt
behält
das Material die gewählte
Form bei, ist aber eher elastisch oder federnd. Je nach den gewählten Materialien
kann die verbundene Bahn Lichtübertragungseigenschaften
von opak bis transluzent oder im Wesentlichen transparent haben. Ferner
kann das Material wie nachfolgend beschrieben elektrisch leitend
sein.
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Das
obige Material benötigt
zwar keine weitere Bindehilfe als das verklebte Glas in seiner Endform, aber
es kann wünschenswert
sein, eine Bindehilfe zuzugeben, um die Handhabungseigenschaften
der Bahn vor dem Erhitzungsschritt 20 zu verbessern. In
einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen des Materials,
das den Schritt des Zugebens einer Bindehilfe 14 beinhaltet,
kann der Erhitzungsschritt eine erste Erhitzungsstufe beinhalten,
in der eine Bindehilfe, z.B. ein organisches Polymer, bei etwa 600°F aus dem
Gemisch entfernt wird, und eine zweite Erhitzungsstufe, in der die
Glasfasern nach dem Beseitigen der Bindehilfe aus dem Gemisch bei
etwa 1350°F
bis 1500°F
ganz oder teilweise schmelzen. Durch Entfernen der Bindehilfe vor der
zweiten Erhitzungsstufe hat die Verdunstung von jedwedem organischem Material
während
des Erhitzens keinen Einfluss auf die Metallfaser- und Glasbindung
in der zweiten Erhitzungsstufe.
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Größe und Konfiguration
der Perforationen, Poren, Öffnungen,
Löcher,
Passagen, Leerstellen oder Hohlräume 32 durch
das Material verleihen dem Material eine gewählte Porosität, die durch
die jeweiligen gewählten
Materialien, die Abmessungen des Materials, die Konfiguration des
Gemischs und das Erhitzungsprofil bestimmt wird. Die Porosität des Materials
kann auch durch Zugeben von Füllstoffen
modifiziert werden.
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Für Anwendungen,
bei denen eine fluid- oder gasdichte Struktur gewünscht wird,
wird das Material durch Sättigen
oder Füllen
der Poren oder Hohlräume 32 mit
einem Füllstoff 38 ganz
oder im Wesentlichen undurchlässig
gemacht, so dass eine Dichtungsstruktur mit einem Hohlraumvolumen
im Wesentlichen von null entsteht, wie in 6 illustriert
ist. Für
Anwendungen, die Temperaturen im Bereich von 500°F bis 1000°F oder höher erfahren, wie z.B. Hochtemperaturdichtungen,
können
die Füllstoffe
ein anorganisches Material und ein Bindemittel oder Latex beinhalten.
Beispielhafte anorganische Materialien sind z.B. Mineralpulver von
10 Mikron oder weniger wie Ton, Glimmer, Vermiculit und Kolloidsilica,
sowie 10 bis 100 Mikron Metallflocken aus Edelstahl, Kupfer oder
Aluminium. Metallflocken, besonders aus Kupfer, erhöhen die
elektrische Leitfähigkeit des
Materials. Anwendungen bei 600°F
und darunter können
von organischen Füllstoffen
wie Nitril-Butadien, Styren-Butadien, Acryl, Neopren und Butylgummi
profitieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Metall- und
Glasfasern als individuelle ungewebte Glas- und Metallfolien ausgebildet,
die nebeneinander gelegt und erhitzt werden. 7 ist beispielsweise
eine auseinander gezogene Ansicht einer fünflagigen Struktur (vor dem
Erhitzen), mit drei Metallfaserlagen 40, 40' und 40'' und zwei Glaszwischenlagen 42 und 42'. Wenn die Sandwich-Struktur
erhitzt wird, dann schmilzt das Glas und verbindet die Fasern wie
oben beschrieben. Es können
nach Bedarf zusätzliche
Lagen aus abwechselnden ungewebten Glas- und Metallfolien vorgesehen
werden.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
zwar speziell die Nachteile des Sinterns, aber eine gesinterte Metallfaserbahn
kann trotzdem zwischen zwei Glasfaserfolien eingeschlossen und erhitzt
werden, um zu bewirken, dass das Glas die gesinterten Metallfasern
oder -partikel beschichtet oder umhüllt. Ebenso können, wie
oben beschrieben, Poren oder Hohlräume im gesinterten Metall gefüllt werden,
so dass ein Hohlraumvolumen von im Wesentlichen null entsteht.
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Die
Glaskonfiguration wurde in den vorherigen Ausgestaltungen als faserähnlich (vor
dem Erhitzen) beschrieben. Andere Ausgestaltungen der Erfindung
beinhalten jedoch das Mischen von Glaspulvern mit oder ohne Bindemittel
mit den Metallfasern im Mischschritt 16. Alternativ kann
eine Bahn nur aus Metallfasern gebildet und mit pulverförmigem Glas
besprenkelt oder bedeckt werden, das erhitzt wird und sich an Schnittpunkten
sammelt, um Metallfasern ganz oder teilweise zu umhüllen. In
noch einer anderen Ausgestaltung wird eine Bahn aus Metallfasern
mit Pergaminfolie oder einer Glasfolie bedeckt und dann erhitzt.
In noch einer weiteren Ausgestaltung wird eine Bahn aus Metallfasern
mit geschmolzenem Gas besprüht
und dann nach Bedarf erhitzt, um die geschmolzenen Glaströpfchen noch
weiter zu schmelzen und/oder zu dispergieren.
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Auf
verschiedene Weisen konfiguriert ist das Material gut für Anwendungen
wie Airbag-Filter, Extruder-Filteraggregate, EMI-Abschirmung, Kathodenstrahlröhren-Masken,
Abgas- oder Prozessgasfilter, Dichtungen und andere Hochtemperaturanwendungen
geeignet. Der Einsatz des Materials ist jedoch auf diese Anwendungen
nicht beschränkt.
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Nachdem
Struktur und Merkmale des Materials beschrieben wurden, zeigen die
nachfolgenden Beispiele Formulierungsbeispiele für das Material.
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