PL181720B1

PL181720B1 - Material kompozytowy, sposób wytwarzania materialu kompozytowego oraz sposób wytwarzania izolacji cieplnej, izolacji dzwiekowej i/lub materialu adsorpcyjnego dla gazów, par i cieczy PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL181720B1
Application number: PL95320877A
Authority: PL
Inventors: Dierk Frank; Franz Thoennessen; Andreas Zimmermann
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2001-09-28
Also published as: US5786059A; MX9704728A; JPH10510888A; WO1996019607A1; DE59508075D1; FI972677A0; NO972850D0; ATE191021T1; PL320877A1; FI972677A; CN1063246C; JP4237253B2; AU4388996A; CN1170445A; KR100368851B1; NO972850L; RU2147054C1; CA2208510A1; ES2146795T3; EP0799343A1

Abstract

1. Material kompozytowy, zawierajacy co najmniej jedna warstwe wlókniny i czastki aerozelu, przy czym wlók- nina zawiera co najmniej jeden dwuskladnikowy material wlóknisty i dwuskladnikowy material wlóknisty ma obszary nizej i wyzej topliwe, znamienny tym, ze wlókna wlókniny sa polaczone zarówno z czastkami aerozelu, jak równiez miedzy soba, poprzez nizej topliwe obszary materialu wlóknistego przy czym czastki aerozelu maja porowatosci powyzej 60%, gestosci ponizej 0,4 g/cm2 i przewodnosc cieplna wlasciwaponizej 40 mW/mK. 13. Sposób wytwarzania materialu kompozytowego, zawierajacego co najmniej jedna warstwe wlókniny i czastki aerozelu, przy czym wlóknina zawiera co najmniej jeden dwuskladnikowy material wlóknisty i dwuskladnikowy material wlóknisty ma obszary nizej i wyzej topliwe, przy czym wlókna wlókniny sa polaczone zarówno z czastkami aerozelu, jak równiez miedzy soba, poprzez nizej topliwe obszary materialu wlóknistego, przy czym czastki aerozelu maja porowato- sci powyzej 60%, gestosci ponizej 0,4 g/cm2 i przewodnosc cieplna wlasciwa ponizej 40 mW/mK, znamienny tym, ze do wlókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskladnikowy material wlóknisty z nizej i z wyzej topliwymi obszara- mi, wsypuje sie czastki aerozelu i otrzymana kompozycje wlókien umacnia sie termicznie, ewentualnie pod cisnieniem, w temperaturze powyzej nizszej temperatury topnienia i ponizej wyzszej temperatury topnienia. 14. Sposób wytwarzania izolacji cieplnej, izolacji dzwiekowej i/lub materialu adsorpcyjnego dla gazów, par i cieczy, znamienny tym, ze do wlókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskladnikowy material wlóknisty z nizej i z wyzej topliwymi obszarami, wsypuje sie czastki aerozelu i otrzymana kompozycje wlókien umacnia sie termicznie, ewentualnie pod cisnieniem, w temperaturze powyzej nizszej temperatury topnienia i ponizej wyzszej temperatury topnienia, przy czym wytworzony material zawiera co najmniej jedna warstwe wlókniny i czastki aerozelu, przy czym wlóknina zawiera co naj- mniej jeden dwuskladnikowy material wlóknisty i dwuskladnikowy material wlóknisty ma obszary nizej i wyzej topliwe i wlókna wlókniny sa polaczone zarówno z czastkami aerozelu, jak równiez miedzy soba, poprzez nizej topliwe obszary materialu wlóknistego przy czym czastki aerozelu maja porowatosci powyzej 60%, gestosci ponizej 0,4 g/cm2 i przewod- nosc cieplna wlasciwa ponizej 40 mW/mK. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał kompozytowy, sposób wytwarzania materiału kompozytowego oraz sposób wytwarzania izolacji cieplnej, izolacji dźwiękowej i/lub materiału adsorpcyjnego dla gazów, par i cieczy przy czym materiał kompozytowy zawiera co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstki aerożelu.

Aerożele, zwłaszcza aerożele o porowatościach powyżej 60% i o gęstościach poniżej 0,4 g/cm³, wykazują dzięki małej gęstości, dużej porowatości i małej średnicy porów, bardzo małą właściwą przewodność cieplną i z tego powodu znajdują zastosowanie jako materiały izolacji cieplnej, jak podano na przykład w opisie nr EP-A-D 171 722.

Duża porowatość powoduje jednak także małą trwałość mechaniczną zarówno żelu, z którego suszy się aerożel, jak również samego wysuszonego aerożelu.

Aerożele w szerokim znaczeniu, to znaczy w znaczeniu „żelu z powietrzem jako środkiem dyspergującym”, wytwarza się przez wysuszenie odpowiedniego żelu. Pod pojęciem „aerożel” w tym znaczeniu przyjmuje się aerożele w węższym znaczeniu, kserozele i kriożele. Przy tym wysuszony żel określa się jako aerożel w węższym znaczeniu wtedy, gdy usuwa się ciecz z żelu w temperaturze powyżej temperatury krytycznej i przy użyciu ciśnień powyżej ciśnienia krytycznego. Jeśli natomiast ciecz z żelu usuwa się w warunkach podkiytycznych, na przykład z wytworzeniem fazy granicznej ciecz-para, to powstały żel określa się jako kserozel. Należy zauważyć, że w przypadku żeli według wynalazku chodzi o aerożele, w znaczeniu żelu z powietrzem jako środkiem dyspergującym.

Kształtowanie aerożelu kończy się już podczas przemiany zol-zel. Po utworzeniu stałej struktury żelowej można zmieniać jej zewnętrzny kształt tylko w wyniku rozdrabnianią na przykład w wyniku mielenią do innego rodzaju obróbki materiał jest zbyt kruchy.

Jednak do wielu zastosowań jest konieczne stosowanie aerożeli w postaci określonych kształtek. W zasadzie wytwarzanie kształtek jest możliwe już podczas wytwarzania żelu. Jednakże konieczna zwykle podczas takiego wytwarzania wymiana rozpuszczalników zalezna od dyfuzji (w odniesieniu do aerożeli: patrz na przykład patenty nr US-A 4, 610, 863 i EP-A 0 396 076; w odniesieniu do aerozelowych materiałów kompozytowych: patrz na przykład opis nr WO 93/06044) i również zalezne od dyfuzji suszenie - prowadzi do nieopłacalnie długich czasów wytwarzania. Z tego powodu jest celowe po wytwarzaniu aerożelu, a więc po wysuszeniu, wykonać operację kształtowania, przy czym nie zachodzi wyraźna zmiana wewnętrznej struktury aerożelu w związku z jego zastosowaniem.

Do wielu zastosowań, na przykład do izolowania sklepionych lub nieregularnie ukształtowanych powierzchni, są potrzebne giętkie płyty lub maty z materiału izolacyjnego.

W patencie ne DE-A 33 46 180 opisano wytrzymałe na zginanie płyty z kształtek na podstawie aerożelu kwasu krzemowego otrzymanego przez pirolizę płomieniową z jednoczesnym wzmocnieniem go za pomocą długich włókien mineralnych. W przypadku tego aerożelu kwasu krzemowego otrzymanego przez pirolizę płomieniową chodzi jednak nie o aerożel w podanym powyżej znaczeniu, ponieważ nie wytwarza się go przez wysuszenie żelu i ma on tym samym zupełnie inną strukturę porów; z tego powodu ma on większą trwałość mechaniczną i może być prasowany bez zniszczenia mikrostruktury, jednak wykazuje większą przewodność cieplną właściwą niz typowe aerożele w podanym powyżej znaczeniu. Powierzchnia takich kształtek jest bardzo wrażliwa i powinna być utwardzona przez nałożenie spoiwa na powierzchni lub chroniona przez podklejanie folii. Ponadto, taka otrzymana kształtka nie może być ściskana.

181 720

W niemieckim zgłoszeniu patentowym nr P 44 18 843.9 opisano matę z kserożelu wzmocnionego włóknami. Takie maty wykazują bardzo małą przewodność cieplną właściwą dzięki bardzo dużej zawartości aerożelu, jednakże konieczne są stosunkowo długie czasy ich wytwarzania z powodu opisanych powyżej trudności związanych z dyfiizją. W szczególności jest w zasadzie możliwe wytwarzanie grubszych mat przez połączenie kilku cieńszych mat, co wymaga dodatkowych nakładów.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest więc materiał kompozytowy na bazie granulatu aerożelu, który ma małą przewodność cieplną właściwą jest trwały mechanicznie i umożliwia łatwe wytwarzanie mat lub płyt

Zadanie to wykonano opracowując materiał kompozytowy zawierający co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstek aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty, a dwuskładnikowy materiał włóknisty zawiera obszary o niżej i wyżej topliwe, charakteryzujący się tym, że włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również miedzy sobąpoprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego, przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK. Umocnienie termiczne włókien dwuskładnikowych powoduje połączenie części włókien dwuskładnikowych i dzięki temu uzyskuje się trwałą włókninę. Jednocześnie niżej topliwa część włókien dwuskładnikowych wiąże cząstki aerożelu z włóknem. Dwuskładnikowy materiał wykazuje korzystnie strukturę rdzeń-osłona. Włóknina może także dodatkowo zawierać co najmniej jeden zwykły materiał włóknisty, który podczas termicznego umacniania łączy się z niżej topliwymi obszarami włókien dwuskładnikowych. Titr zwykłych włókien powinien mieścić się korzystnie w zakresie 0,8 do 40 dtex, a włókien dwuskładnikowych korzystnie w zakresie 2 do 20 dtex.

Udział objętościowy aerożelu w materiale kompozytowym powinien być możliwie duży i powinien wynosić co najmniej 40%, korzystnie powyżej 60%. Materiał kompozytowy według wynalazku jako aerożel zawiera aerożel SiO?, przy czym cząstki aerożelu mają przewodność cieplną właściwą poniżej 25 mW/mK. Zawarte w materiale kompozytowym: dwuskładnikowy materiał włóknisty, zwykły materiał włóknisty i/lub cząstki aerożelu zawierają co najmniej jeden środek zmętniający w podczerwieni.

W korzystnym wariancie wykonania wynalazku cząstki aerożelu mają powierzchniowe grupy hydrofobowe.

Korzystnie materiał kompozytowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że włóknina ma po jednej lub po obydwu swych stronach co najmniej po jednej warstwie kryjącej, przy czym te warstwy kryjące mogąbyć takie same lub różne.

Korzystnie warstwy kryjące zawierają folie z tworzywa sztucznego, folie metalowe lub metalizowane folie z tworzywa sztucznego lub korzystnie warstwy włókniny z cienkich zwykłych włókien i/lub z cienkich włókien dwuskładnikowych, przy czym korzystnie materiał kompozytowy ma postać płyty lub maty.

Włóknami dwuskładnikowymi są włókna chemiczne z dwu trwale związanych polimerów o różnej budowie chemicznej i/lub fizycznej, które zawierają obszary o różnej temperaturze topnienia, to znaczy niżej topliwe i wyżej topliwe obszary. Temperatura topnienia niżej topliwych i wyżej topliwych obszarów różni się przy tym korzystnie o co najmniej 10°C. Rdzeń włókien składa się przy tym z polimeru, korzystnie z polimeru termoplastycznego, którego temperatura topnienia jest wyższa od temperatury topnienia polimeru termoplastycznego, który tworzy osłonę. Korzystnie stosuje się dwuskładnikowe włókna poliester/kopoliester. Ponadto można stosować odmiany włókien dwuskładnikowych typu poliester/poliolefina, na przykład poliester/polietylen lub poliester/kopoliolefina, albo włókna dwuskładnikowe, które mają elastyczny polimer osłony. Można stosować także włókna dwuskładnikowe typu „side-by-side”.

W przypadku zwykłych włókien chodzi o organiczne włókna polimerowe, na przykład włókna poliestrowe, włókna poliolefinowe i/lub włókna poliamidowe, korzystnie włókna poliestrowe. Włókna mogą mieć profile okrągłe, trójpłatowe, pieciopłatowe, ośmiopłatowe, tasiemkowe, jodełkowe, hantlowe lub inne profile gwiaździste. Można także stosować włókna puste. Temperatura topnienia tych zwykłych włókien powinna być wyższa od temperatury topnienia niżej topliwych obszarów włókien dwuskładnikowych.

181 720

W celu zmniejszenia udziału promieniowania w przewodności cieplnej właściwej można zaczerniać włókna dwuskładnikowe, to znaczy wyżej i/lub niżej topliwy składnik, i ewentualnie także zwykłe włókna, za pomocą środka zmętniającego w podczerwieni, takiego jak na przykład sadzą dwutlenek tytanu, tlenki żelaza lub dwutlenek cyrkonu lub ich mieszaniny. Barwione mogą być zarówno włókna dwuskładnikowe, jak również ewentualnie zwykłe włókna.

Średnica włókien stosowanych w materiałach kompozytowych powinna być korzystnie mniejsza od średniej średnicy cząstek aerożelu, aby można było związać dużą część aerożelu we włókninie. Dzięki wyborowi bardzo małych średnic włókien można wytwarzać bardzo giętkie maty, natomiast grubsze włókna z powodu ich większej sztywności przy zginaniu dają maty bardziej puszyste i sztywniejsze.

Można stosować także mieszaniny włókien dwuskładnikowych i ewentualnie zwykłych włókien z różnych materiałów, o różnych profilach i/lub o różnych titrach.

Aby uzyskać z jednej strony dobre wzmocnienie włókniny, a z drugiej strony dobrą przyczepność granulatu aerożelu, udział wagowy włókna dwuskładnikowego powinien wynosić od 10 do 100% wagowych, korzystnie od 40 do 100% wagowych, w przeliczeniu na całą zawartość włókna. Aby uzyskać trwałość mechaniczną materiału kompozytowego, udział objętościowy aerożelu nie powinien jednak przekraczać 95%, korzystnie 90%.

Odpowiednimi aerożelami w kompozycji według wynalazku są aerożele na podstawie tlenków metali, które są odpowiednie w technice zol-żel (C. J. Brinker, G. W. Scherer, SolGel-Science, 1990, rozdział 2. i 3), takie jak na przykład związki Si lub Al lub aerożele na podstawie substancji organicznych, które są odpowiednie w technice zol-żel, takie jak kondensaty melaminowo-fonnaldehydowe (patent nr US-A-5 086 085) lub kondensaty rezorcynowoformaldehydowe (patent nr. US-A-4 873 218). Mogą to być także mieszaniny wyżej wymienionych materiałów. Korzystnie stosuje się aerożele zawierające związki Si, zwłaszcza aerożele SiO₂, a szczególnie korzystnie kserożele S1O2. W celu zmniejszenia udziału promieniowania w przewodności cieplnej właściwej, kserożel może zawierać środek zmętniający w podczerwieni, taki jak na przykład sadzą dwutlenek tytanu, tlenki żelazą dwutlenek cyrkonu lub ich mieszaniny.

Ponadto stwierdzono, że przewodność cieplna właściwa aerożeli maleje ze wzrostem porowatości i ze zmniejszaniem gęstości. Z tego powodu są korzystne aerożele o porowatościach powyżej 60% i o gęstościach poniżej 0,4 g/cm³. Przewodność cieplna właściwa granulatu aerożelu powinna wynosić poniżej 40 mW/mK, korzystnie poniżej 25 mW/mK.

W celu uniknięcia późniejszego zapadania się aerożeli, spowodowanego przez kondensację wilgoci w porach, jest korzystne, jeśli na wewnętrznej powierzchni aerożeli znajdują się związane kowalencyjnie grupy hydrofobowe, które nie ulegają odszczepieniu pod działaniem wody. Grupami korzystnymi dla uzyskania trwałej hydrofobizacji są trójpodstawione grupy sililowe o wzorze ogólnym - Si(R)₃ szczególnie korzystnie grupy trialkilo- i/lub triarylosililowe, przy czym każde R niezależnie oznacza niereaktywną resztę organiczną taką jak grupa alkilowa zawierająca od 1 do 18 atomów węgla lub grupa aiylowa zawierająca od 6 do 14 atomów węglą korzystnie grupa alkilowa zawierająca od 1 do 6 atomów węgla lub grupa fenylową a zwłaszcza grupa metylową etylową cykloheksylowa lub fenylową która może być dodatkowo podstawiona grupami funkcyjnymi. Szczególnie korzystne dla uzyskania trwałej hydrofobizacji aerożelu jest zastosowanie grup trimetylosililowych. Wprowadzanie tych grup może odbywać się tak, jak opisano w patencie nr WO 94/25149 lub w wyniku reakcji w fazie gazowej pomiędzy aerozelem i na przykład aktywną pochodną trialkilosilanową taką jak na przykład chlorotrialkilosilan lub heksaalkilodisilazan (patrz R. Iller, The Chemistry of Silicą Wiley & Sons, 1979).

Wielkość ziaren zależy od przewidywanego zastosowania materiału. Aby jednak móc związać dużą część granulatu aerożelu, cząstki powinny być większe od średnicy włókien, korzystnie większe od 30 pm. Aby uzyskać dużą trwałość, granulat nie powinien mieć zbyt dużych ziaren, korzystnie ziarna powinny być mniejsze od 2 cm.

W celu uzyskania dużych udziałów objętościowych aerożelu można stosować korzystnie granulat o bimodalnym rozkładzie wielkości ziaren. Ponadto, można stosować także granulat o innym odpowiednim rozkładzie.

181 720

Klasa palności materiału kompozytowego jest określona przez klasę palności aerożelu i włókien. Aby uzyskać możliwie korzystną klasę palności materiału kompozytowego należy stosować trudnopalne rodzaje włókien, takie jak na przykład włókno Trevira CS®.

Jeśli materiał kompozytowy składa się tylko z włókniny, która zawiera cząstki aerożelu, to przy obciążeniu mechanicznym materiału kompozytowego może granulat aerożelu pękać lub oddzielać się od włókna, przy czym odłamane części mogą wypadać z włókniny.

Do określonych zastosowań jest zatem korzystne, gdy włóknina ma po jednej lub po obydwu swych stronach co najmniej po jednej warstwie kryjącej, przy czym te warstwy kryjące mogąbyć takie same lub różne. Warstwy kryjące mogąbyć naklejane albo podczas termicznego umocnienia poprzez niżej topliwy składnik włókna dwuskładnikowego, albo za pomocą innej substancji klejącej. Warstwą kryjącą może być na przykład folia z tworzywa sztucznego, korzystnie folia metalowa lub metalizowana folia z tworzywa sztucznego. Ponadto, sama warstwa kryjąca może składać się z kilku warstw.

Korzystny jest materiał kompozytowy włóknina-aerożel w postaci mat lub, płyt, który jako warstwę środkową ma włókninę zawierającą aerożel i po obu stronach ma warstwę kryjącą, przy czym co najmniej jedna z warstw kryjących ma warstwy włókniny z mieszaniny cienkich zwykłych włókien z cienkimi włóknami dwuskładnikowymi a poszczególne warstwy włókien są termicznie umocnione wewnętrznie i między sobą

Przy wyborze włókien dwuskładnikowych i zwykłych włókien warstwy kryjącej obowiązują te same zasady, jak w przypadku włókien włókniny, w której związane są cząstki aerożelu. Aby uzyskać możliwie gęstą warstwę kryjącą zwykłe włókną a także włókna dwuskładnikowe, powinny mieć średnice poniżej 30 pm, korzystnie poniżej 15 pm.

W celu uzyskania większej trwałości lub gęstości warstw powierzchniowych można przeigłować warstwy włókniny w warstwach kryj ących.

Dalszym przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego zawierającego co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstki aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty i dwuskładnikowy materiał włóknisty ma obszary niżej i wyżej topliwe, przy czym włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również między sobą poprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK, charakteryzujący się tym, że do włókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty z niżej i z wyżej topliwymi obszarami, wsypuje się cząstki aerożelu i otrzymaną kompozycję włókien umacnia się termicznie, ewentualnie pod ciśnieniem, w temperaturze powyżej niższej temperatury topnienia i poniżej wyższej temperatury topnienia.

Materiał kompozytowy według wynalazku można wytwarzać na przykład w następujący sposób.

Do wytwarzania włókniny stosuje się cięte włókna w postaci zwykłych czesanek lub zgrzeblin. Podczas nakładania włókniny sposobem według stanu techniki rozsypuje się w nim granulat aerożelu. Podczas wprowadzania granulatu aerożelu do kompozycji włókniny należy zwracać uwagę na możliwie równomierny rozkład ziaren granulatu.

Osiąga się to za pomocą dostępnych urządzeń do rozsypywania.

Przy stosowaniu warstw kryjących można nakładać włókninę na jednej warstwie kryjącej z jednoczesnym rozsypywaniem aerożelu, a po zakończeniu tej operacji nanosi się gómą warstwę kryjącą

Przy stosowaniu warstw kryjących z cieńszego materiału włóknistego najpierw nakłada się i ewentualnie igłuje znanymi sposobami dolną warstwę włókniny z cienkich włókien i/lub z włókien dwuskładnikowych. Następnie, jak podano powyżej, nanosi się kompozycję włókien zawierającą aerożel. Jako dodatkowa górna warstwa kryjącą taka jak dolna warstwa włókniny, może być nakładana i ewentualnie igłowana warstwa z cienkich włókien i/lub z włókien dwuskładnikowych.

Otrzymaną kompozycję włókien umacnia się termicznie, ewentualnie pod ciśnieniem, w temperaturze pomiędzy temperaturą topnienia materiału osłony a niższą spośród temperatur topnienia zwykłego materiału włóknistego i składnika o wysokiej temperaturze topnienia

181 720 włókna dwuskładnikowego. Stosuje się ciśnienie o wartości pomiędzy ciśnieniem normalnym a ciśnieniem odpowiadającym wytrzymałości na ściskanie stosowanego aerożelu.

Całe operacje przerobu mogąbyć wykonywane korzystnie w sposób ciągły na urządzeniach znanych w technice.

Materiał kompozytowy według wynalazku ma korzystnie postać płyty lub maty. Są one odpowiednie jako materiał izolacyjny dzięki swej małej przewodności cieplnej właściwej.

Płyty i maty według wynalazku można ponadto stosować jako materiały izolacji dźwiękochłonnej bezpośrednio lub w postaci absorberów rezonansowych, ponieważ mają one nieznaczną szybkość przenoszenia dźwięku i, w porównaniu z monolitycznymi aerożelami, większe tłumienie dźwięków. Obok tłumienia przez materiał aerożelu występuje mianowicie, w zależności od przenikalności włókniny, dodatkowe tłumienie spowodowane tarciem powietrza pomiędzy porami materiału włókniny. Na przenikalność włókniny można wpływać przez zmianę średnicy włókna, gęstości włókniny i wielkości ziarna cząstek aerożelu. Jeśli włóknina zawiera także warstwy kryjące, to te warstwy powinny umożliwiać wnikanie dźwięku we włókninę i nie powodować znacznego odbijania dźwięku.

Ponadto, płyty i maty według wynalazku nadają się także, dzięki porowatości włókniny, a zwłaszcza dużej porowatości i dużej powierzchni właściwej aerożelu, jako materiały adsorpcyjne dla cieczy, pary i gazów. Przez modyfikację powierzchni aerożelu można uzyskać specyficzną adsorpcję.

Tak więc dalszym przedmiotem wynalazku jest, sposób wytwarzania izolacji cieplnej, izolacji dźwiękowej i/lub materiału adsorpcyjnego dla gazów, par i cieczy charakteryzujący się tym, że do włókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty z niżej i z wyżej topliwymi obszarami, wsypuje się cząstki aerożelu i otrzymaną kompozycję włókien umacnia się termicznie, ewentualnie pod ciśnieniem, w temperaturze powyżej niższej temperatury topnienia i poniżej wyższej temperatury topnienia, przy czym wytworzony materiał zawiera co najmniej jedna warstwę włókniny i cząstki aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty i dwuskładnikowy materiał włóknisty ma obszary niżej i wyżej topliwe, przy czym włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również między sobą, poprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego, przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK.

Poniżej przedstawiono wynalazek za pomocą przykładów jego wykonania.

Przykład I

Z 50% wagowych włókna Trevira 290, 0,8 dtex/38 mm hm i z 50% wagowych włókien dwuskładnikowych PES/Co-PES typu Trevira 254, 2,2 dtex/50 mm hm układano włókninę o gramaturze 100 g/m². Podczas nakładania rozsypywano hydrofobowy granulat aerożelu na podstawie produktu Teos o gęstości 150 kg/m³, o przewodności cieplnej właściwej 23 mW/mK i o średnicy ziaren od 1 do 2 mm.

Otrzymany w ten sposób kompozytowy materiał włókniny umacniano termicznie w temperaturze 160°C w ciągu 5 minut i sprasowywano do grubości 1,4 cm.

Udział objętościowy aerożelu we wzmocnionej macie wynosił 51%. Otrzymana mata miała gramaturę 1,2 kg/m². Można ją było zginać i ściskać. Przewodność cieplną właściwą oznaczono metodą płytkową według DIN 52 612, część 1; była ona równa 28 mW/mK

Przykład Π

Z 50% wagowych czarnego włókna ciętego Trevira 120 o titrze 1, 7 dtex, długości 38 mm i z 50% wagowych włókien dwuskładnikowych PES/Co-PES typu Trevira 254, 2,2 dtex/50 mm hm układano najpierw włókninę, która służyła jako dolna warstwa kryjąca. Ta warstwa kryjąca miała gramaturę 100 g/m². Nakładano na nią jako warstwę środkową włókninę składająca się z 50 % wagowych włókien Trevira 292, 40 dtex/60 mm hm i z 50% wagowych włókien dwuskładnikowych PES/Co-PES typu Trevira 254, 4,4 dtex/50 mm hm o gramaturze 100 g/m². Podczas nakładania rozsypywano hydrofobowy granulat aerożelu na podstawie produktu Teos o gęstości 150 kg/m³, przewodności cieplnej właściwej 23 mW/mK i średnicy ziaren od 2 do 4 mm. Na tę, zawierającą aerożel włókninę nałożono warstwę kryjącą która była zbudowana tak, jak dolna warstwa kryjąca.

181 720

Otrzymany w ten sposób kompozytowy materiał włókniny umacniano termicznie w temperaturze 160°C w ciągu 5 minut i sprasowywano do grubości 1,5 cm.

Udział objętościowy aerożelu we wzmocnionej macie wynosił 51%.

Otrzymana mata miała gramaturę 1,4 kg/m². Przewodność cieplną właściwą oznaczono metodą płytkową według DIN 52 612,1. część - wynosiła ona 27 mW/mK.

Mata dawała się z łatwością zginać i ściskać. Po ugięciu nie wysypywał się z maty granulat aerożelu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał kompozytowy, zawierający co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstki aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty i dwuskładnikowy materiał włóknisty ma obszary niżej i wyżej topliwe, znamienny tym, że włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również miedzy sobą poprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK.
2. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że dwuskładnikowy materiał włóknisty ma strukturę typu rdzeń/osłona.
3. Materiał kompozytowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że włóknina zawiera dodatkowo co najmniej jeden zwykły materiał włóknisty.
4. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że titr dwuskładnikowego materiału włóknistego mieści się w zakresie 2 do 20 dtex i titr zwykłych włókien mieści się w zakresie 0,8 do 40 dtex.
5. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość cząstek aerożelu w materiale kompozytowym wynosi co najmniej 40% objętościowych.
6. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że aerożelem jest aerożel SiOj.
7. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że dwuskładnikowy materiał włókną zwykły materiał włóknisty i/lub cząstki aerożelu zawierają co najmniej jeden środek zmętniający w podczerwieni.
8. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki aerożelu mają przewodność cieplną właściwą poniżej 25 mW/mK.
9. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki aerożelu zawierają powierzchniowe grupy hydrofobowe.
10. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że włóknina ma po jednej lub po obydwu swych stronach co najmniej po jednej warstwie kryjącej, przy czym te warstwy kryjące mogą być takie same lub różne.
11. Materiał kompozytowy według zastrz. 10, znamienny tym, że warstwy kryjące zawierają folie z tworzywa sztucznego, folie metalowe lub metalizowane folie z tworzywa sztucznego lub korzystnie warstwy włókniny z cienkich zwykłych włókien i/lub z cienkich włókien dwuskładnikowych.
12. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że ma postać płyty lub maty.
13. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, zawierającego co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstki aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty i dwuskładnikowy materiał włóknisty ma obszary niżej i wyżej topliwe, przy czym włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również między sobą poprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego, przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK, znamienny tym, że do włókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty z niżej i z wyżej topliwymi obszarami, wsypuje się cząstki aerożelu i otrzymaną kompozycję włókien umacnia się termicznie, ewentualnie pod ciśnieniem, w temperaturze powyżej niższej temperatury topnienia i poniżej wyższej temperatury topnienia. *

181 720
14. Sposób wytwarzania izolacji cieplnej, izolacji dźwiękowej i/lub materiału adsorpcyjnego dla gazów, par i cieczy, znamienny tym, że do włókniny, która zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty z niżej i z wyżej topliwymi obszarami, wsypuje się cząstki aerożelu i otrzymaną kompozycję włókien umacnia się termicznie, ewentualnie pod ciśnieniem, w temperaturze powyżej niższej temperatury topnienia i poniżej wyższej temperatury topnienia, przy czym wytworzony materiał zawiera co najmniej jedną warstwę włókniny i cząstki aerożelu, przy czym włóknina zawiera co najmniej jeden dwuskładnikowy materiał włóknisty i dwuskładnikowy materiał włóknisty ma obszary niżej i wyżej topliwe i włókna włókniny są połączone zarówno z cząstkami aerożelu, jak również między sobą poprzez niżej topliwe obszary materiału włóknistego przy czym cząstki aerożelu mają porowatości powyżej 60%, gęstości poniżej 0,4 g/cm² i przewodność cieplną właściwą poniżej 40 mW/mK.

* * *