DE69120742T2

DE69120742T2 - Verbesserung eines wärmeisolierenden Dämmstoffs mit Feuerwiderstandseigenschaften

Info

Publication number: DE69120742T2
Application number: DE69120742T
Authority: DE
Inventors: Burton D Brubaker; Francis P Mccullogh; R Vernon Snelgrove; William G Stobby; Kyung W Suh
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2011-08-20
Also published as: FI913918A0; ES2089140T3; DE69120742D1; JPH04257332A; US5188896A; FI913918A; NO913233D0; KR920004622A; EP0472388B1; CA2049503A1; IE912933A1; EP0472388A1; ATE140276T1; NO913233L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft leichtgewichtige Strukturen, die ein hohes Ausmaß an Wärmeisolierung besitzen, nichtbenetzend und/oder schwimmfähig sind und gute Feuerbeständigkeit besitzen. Insbesondere liefert die Erfindung eine leichtgewichtge Isolierung durch Verwendung von hohlen styrolartigen Fasern, welche innig mit karbonisierten polymeren Fasern, wodurch synergistische Entzündungs- und Feuerbeständigkeit gegeben ist, gemischt sind.
Es ist erwünscht, leichtgewichtige Strukturen mit einem hohen Grad an Wärmeisolierung zu haben, welche ohne Zurückbehaltung einer großen Wassermenge gewaschen und getrocknet werden können. Glasfasern enthaltende Strukturen werden derzeit verwendet, um Fasermatten zur Verwendung in Isolierräumen in Gebäuden und Flugzeugen bereitzustellen. Weiterhin werden Glasfasermatten als Isolierung in industriellen Bekleidungen, Blanketts und Vorhängen verwendet.
Das Problem bei Fiberglas ist, daß es schwierig zu handhaben ist und Hautreizungen hervorrufen kann. Darüber hinaus hat Fiberglas keinen hohen Isolierverdichtungswert und kann Feuchtigkeit aufnehmen, so daß es nach dem Einbau unter Verlust des Isolierwertes sich abzusetzen vermag.
Styrolartige Fasern sind wohlbekannt. Darüber hinaus sind styrolartige Fasern preiswert, nicht-reizend, besitzen guten Isolierwert und können mit anderen Fasern unter Anwendung konventioneller Arbeitsweisen gemischt werden. Der Hauptnachteil von Styrolfasern ist, daß sie in hohem Maße entflammbar sind. Hohle styrolartige Fasern sind sogar noch stärker entflammbar, da sie für die Verbrennung eine größere Oberfläche bereitstellen.
In der US-A-4 879 168 sind feuerhemmende und feuerblockierende Strukturen beschrieben, welche eine innige Mischung umfassen von nichtkohlenstoffhaltigen Fasern und wenigstens 7,5 Gew.-% von hitzebehandelten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem begrenzten Sauerstoffindexwert ("LOI") größer als 40, welche von hitzestabilisierten acrylartigen Fasern oder Fasern auf Pechbasis herrühren. Spezifische nichtkohlenstoffhaltige Fasern schließen ein: Baumwolle, Wolle, Flachs, Seide, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyester, Polyacrylnitril, Polyacrylate, Polycarbonat, Celluloseprodukte, Ionomere, DACRON und KEVLAR , jedoch gibt es keinen Hinweis auf andere styrolartige Polymere als Beispiele für LOI-Werte von bekannten Fasern.
Es wurde nun gefunden, daß karbonisierte Fasern eine Verbesserung der Feuerbeständigkeit liefern können, wenn sie mit hohlen styrolartigen Fasern gemischt sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine feuerbeständige, faserartige Wärmeisolierung bereitgestellt, umfassend eine Mischung von thermoplastischen Fasern und nicht-graphitischen karbonisierten polymeren Fasern, abstammend von einem polymeren Vorläufermaterial, ausgewählt aus aromatischen Polyamiden, Polybenzimidazolen und Polyacrylnitril, worin diese karbonisierten Fasern in einer Menge von 20 bis 75 Gew.-% (bezogen auf das kombinierte Gewicht der thermoplastischen und karbonisierten Fasern) vorhanden sind und einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85%, einen LOI-Wert (bestimmt gemäß ASTM D 2863-77) von größer als 40, einen prozentualen Verkohlungswert größer als 65 und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1,7 W/(m ºC) (1,7 W/(m ºK)) besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern hohle styrolartige Fasern sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung die Verwendung von nicht-graphitischen karbonisierten polymeren Fasern, abstammend von einem polymeren Vorläufermaterial, ausgewählt aus aromatischen Polyamiden, Polybenzimidazolen und Polyacrylnitril, worin diese karbonisierten Fasern einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85%, einen LOI-Wert (bestimmt gemäß ASTM D 2863-77) von größer als 40, einen prozentualen Verkohlungswert größer als 65 und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1,7 W/(m ºC) (1,7 W/(m ºK)) besitzen, zur Erhöhung der Feuerbeständigkeit von hohlen styrolartigen Fasern.
Zum Zweck der klaren und einfachen Verständlichkeit der verschiedenen hier verwendeten Ausdrücke werden die folgenden Definitionen anschließend gegeben.
Der hier verwendete Ausdruck "stabilisiert" bezieht sich auf Fasern, welche gegenüber Thermoplastizität stabilisiert wurden, um ihr Verschmelzen während der Hitzebehandlung oder Karbonisierung durch beispielsweise Oxidation bei einer spezifischen Temperatur, typischerweise weniger als 250ºC für acrylartige Fasern, zu verhindern. Es ist zu verstehen, daß die Fasern in einigen Fällen durch chemische Oxidationsmittel bei niedrigeren Temperaturen oxidiert werden. Die Arbeitsweise ist ausführlicher in der US-A-4 837 076 oder der EP-A-0 199 567 beschrieben.
Der hier verwendete Ausdruck "reversible Durchfederung" bezieht sich auf eine spiralige oder sinusförmige Druckfeder. Besonderer Hinweis wird auf die Veröffentlichung "Mechanical Design - Theory and Practice", MacMillan Publishing Co., 1975, S. 748, insbesondere Abschnitt 14-2, S. 721 bis 724, wie auch auf die EP-A-0 199 567 gegeben.
Der hier verwendete Ausdruck "Polymeres" oder "polytrieres Material" bezieht sich auf organische Polymere, wie sie in Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 11. Auflage, herausgegeben von Van Nostrand Rheinhold Company, definiert sind. Die organischen Polymere schließen im allgemeinen ein: 1) natürliche Polymere wie Cellulose; 2) synthetische Polymere wie thermoplastische oder hitzehärtbare Elastomere und 3) semisynthetische Cellulosematerialien. Hier eingeschlossene Polymere sind ebenfalls niedrigschmelzende polymere Bindemittel wie auch polymere Fasern.
Der hier verwendete Ausdruck "Fasern" bezieht sich auf lineare oder nichtlineare Fasern oder Mischungen solcher Fasern.
Der hier verwendete Ausdruck "karbonisierte Fasern" bezieht sich auf polymere kohlellstoffhaltige Fasern, deren Kohlenstoffgehalt irreversibel als Ergebnis einer chemischen Reaktion wie einer Hitzebehandlung erhöht wurde, wie dies in der US-A-4 837 076 oder der EP-A-0 199 567 beschrieben ist, und der wenigstens 65% Kohlenstoff und bevorzugt weniger als 85% Kohlenstoff beträgt.
Der hier verwendete Ausdruck "nicht-graphitisch" bezieht sich auf solche Materialien, welche praktisch frei von orientierten Kohlenstoff- oder Graphitmikrokristallen einer dreidimensionalen Größenordnung sind, typischerweise einen Gehalt an elementarem Kohlenstoff von weniger als 98% besitzen und beispielsweise weiter in der US-A-4 005 183 definiert sind.
Der hier verwendete Ausdruck "entzündungsbeständig" trifft im allgemeinen auf beliebige der Merkmale zu, die als flammanhaltend, flammhemmend, feuerabschirmend und eine Feuerbarriere bildend bezeichnet werden, wie in der 14 CFR 25.853 (b) definiert.
Ein Gegenstand wird als "flammhemmend" in dem Ausmaß bezeichnet, daß, nachdem einmal der Kontakt einer Zündfiamme an nichtverbrannten Teilen eines Textilgegenstandes weggenommen wurde, der Gegenstand die ihm eigene Fähigkeit besitzt, einer weiteren Ausdehnung der Flamme längs seines nichtverbrannten Anteiles zu widerstehen, wodurch der interne Brennvorgang gestoppt wird. Anerkannte Tests zur Bestimmung, ob ein Gegenstand flammhemmend ist, sind u.a. die Testmethode 34-1966 der American Association of Textile Chemists and Colorist, sowie des National Bureau of Standards, beschrieben in DOC FF 3-71.
Ein Gegenstand wird als "flammanhaltend" bezeichnet, falls er die Fähigkeit besitzt, Flammen zu blockieren oder daran zu hindern, unverbrannte Teile einer entflammbaren Substanz für wenigstens fünf (5) Minuten zu kontaktieren.
Ein Gegenstand wird als "feuerabschirmend" bezeichnet, falls er in der Lage ist, Flammen und die Strahlung hiervon in einer ähnlichen Weise abzulenken wie mit Aluminium beschichtete Schutzkleider, welche auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Feuerbarrieren haben die Eigenschaft, daß sie nicht entflammbar und flammhemmend sind und daß sie ebenfalls Merkmale einer Wärmeisolierung bereitstellen.
Der hier verwendete Ausdruck "Polymer" oder "polymeres Harz" schließt natürliche Polymere wie auch andere organische polymere Harze einschließlich Organosilikonpolymeren ein.
Die gemäß der Erfindung bevorzugt verwendeten nichtlinearen karbonisierten Fasern sind rückfedernd, nehmen ihre Gestalt wieder an und haben eine reversible Biegung von größer als 1,2:1. Üblicherweise haben sie eine multi-krummlinige Strukturkonfiguration ohne scharfe Biegungen, beispielsweise sinusähnlich und/oder wickelähnlich. Es sei darauf hingewiesen, daß die reversible Faserbiegung zwei Komponenten umfaßt, Pseudodehnung und Faserdehnung. Pseudodehnung ergibt sich aus der nichtlinearen Konfiguration und/oder der Falschverdrillung, die der Faser erteilt ist. Faserdehnung ist die Dehnung bis zum Faserbruch, nachdem die Faser linear gemacht worden ist.
Die kohlenstoffhaltigen Materialien, welche vorteilhafterweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, haben einen LOI-Wert von größer als 40, gemessen entsprechend der Testmethode der ASTM D 2863-77. Die Methode ist ebenfalls bekannt als der "Sauerstoffindex"-Test oder der "Grenzsauerstoffindex"-Test (LOI = Grenzsauerstoffindex/ limiting oxygen index). Mit dieser Arbeitsweise wird die Konzentration von Sauerstoff in O&sub2;/N&sub2;-Mischungen bestimmt, bei denen eine senkrecht montierte Probe an ihrem unteren Ende entzündet wird und gerade zu brennen beginnt. Die Größe der Probe beträgt 0,65 x 0,3 cm mit einer Länge von 7 bis 15 cm.
Die LOI-Werte von unterschiedlichen Materialien werden mit der folgenden Gleichung berechnet:
Die kohlenstoffhaltigen Materialien der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß sie einen prozentualen Verkohlungswert von größer als 65 und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1,7 W/(m ºK) (1,7 W/(m ºC)) besitzen.
Die Messung der Kohlebildung wird unter Verwendung einer standardmäßigen thermogravimetrischen Analyseapparatur durchgeführt, welche zur Durchführung der Analyse in einer Stickstoffatmosphäre ausgelegt ist. Die Apparatur ist beschrieben in Encyclopedia of Polymer Science, Vol.14, S.21, John Wiley & Son, 1971.
Die Messung wird so durchgeführt, daß eine Probe auf eine Probenpfanne der Apparatur für die thermogravimetrische Analyse gelegt wird. Die Probe wird dann in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/min von Umgebungstemperatur auf 900ºC erhitzt. Die thermogravimetrische Apparatur zeichnet das verbleibende Probengewicht gegen die Temperatur auf. Der bei 800ºC verbleibende Prozentsatz des ursprünglichen Gewichtes wird als Verkohlungsprozentsatz genommen.
Die karbonisierten Fasern können fest, expandiert (z.B. zellförmig, hohl oder porös), linear oder nichtlinear in ihrer Konfiguration sein. Bevorzugt enthalten die karbonisierten Fasern wenigstens 5% Leerräume, herrührend von Fasern auf Basis von aromatischen Polyamiden, Polybenzimidazol und Polyacrylnitril, wie in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung No. 91 306 525.6 (EP-A-0471452) beschrieben ist, welche der US-Patentanmeldung No. 554 778 entspricht.
Die in der Erfindung eingesetzten hohlen Fasern sind bevorzugt craqueliert oder rissig für verbesserten Isolierwert. Sie können dadurch erhalten werden, daß die hohlen Fasern während der Herstellung gezogen und abgesaugt oder fibrilliert werden. Ebenfalls erteilen rissige hohle styrolartige Fasern der Struktur eine Schichtvolumenbelegung mit niedrigerem Gewicht.
Es wird angenommen, daß die rissen oder craguelierten hohlen Fasern der Erfindung durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
worin:
W die Breite der Faser ist;
Do der Außendurchmesser der Faser ist, und
n die Anzahl von Craquelierungen oder Rissen ist, worin bei einem vorgegebenen Do = 30 µm
n = 4, W = 21,4 µm ist;
n = 6, W = 15 µm ist;
n = 12, W = 7,8 µm ist.
Es wurde gefunden, daß bei umso größerer Anzahl von Craquelierungen oder Rissen die Faserbreite umso kleiner ist und sich eine Verminderung des K-Faktors ergibt.
Bevorzugte hohle Fasern sind solche, welche eine Faserbreite von 6 µm bis 30 µm und wenigstens 6 Risse oder Craquelierungen, bevorzugt 12, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine leichtgewichtige Watte mit einem hohen Wärmeisolierungswert und guter Feuerbeständigkeit erhalten, indem vermischt werden (A) 20 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, der nicht-graphitischen karbonisierten Fasern und (B) der hohlen styrolartigen Fasern. Eine bevorzugte Minimalmenge von karbonisierten Fasern ist diejenige, welche einen ausreichenden Wert der Feuerbeständigkeit liefert oder erteilt, damit die Isolierung den Anforderungen von 14 FAR 25.853(b) (ebenfalls bezeichnet als 14 CFR 25.853(b) oder FAR. 25.853) für die Nichtentflammbarkeit erfüllt. Die Kombination hat ebenfalls verbesserte Entzündungsbeständigkeit. Die Erfindung ist überraschend und synergistisch dadurch, daß ein relativ kleiner Anteil ( 20 Gew.-%) der karbonisierten Fasern typischerweise ausreicht, um hohlen thermoplastischen Fasern, die typischerweise in starkem Maße entflammbar sind, das gewünschte Ausmaß an Feuerbeständigkeit zu erteilen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Struktur der Erfindung eine leichtgewichtige Strukturplatte eines druckgeformten Verbundes einer thermoplastischen oder hitzehärtbaren Harzmatrix, die von 10 bis 95 Gew.-% der faserartigen Mischung der Erfindung enthält, umfassen. Die Platte kann alleine oder in Kombination mit einer nichtentflammbaren Verstärkungsgaze verwendet werden, die beispielsweise ein gewebtes, nichtgewebtes oder gewirktes Material, eine solche Bahn, einen Schaum oder ein metallisches Siebgewebe oder Glasgewebe umfaßt.
Die Strukturen der vorliegenden Erfindung liefern eine Verbesserung gegenüber Fiberglasstrukturen, welche phenolartige Bindemittel verwenden. Die Verbesserung schließt einen Vorteil hinsichtlich des Gewichtes wie auch hinsichtlich der Raucheigenschaften ein.
Die zur Bildung der hohlen Fasern der Erfindung verwendeten styrolartigen Harze können Weichmacher (z.B. Mineralöl oder Dioctylphthalat), Flammhemmittel (z.B. Hexabromcyclododecan, Decabromdiphenyloxid oder Aluminiumoxidtrihydrat), Säurefänger (z.B. MgO) und Extrusionshilfsstoffe oder Gleitmittel (z.B. Calciumstearat) enthalten.
Die hohlen Fasern der Erfindung können in beliebiger Form vorliegen. Die Fasern können fibrillierte oder abgesaugte hohle Fasern, gestreckte hohle Fasern oder gekräuselte hohle Fasern sein.
Eine erste Gruppe von karbonisierten Fasern, welche in der Erfindung eingesetzt werden können, werden als elektrisch nichtleitend und mit der Eigenschaft von keinen antistatischen Eigenschaften klassifiziert, d.h. sie haben nicht die Fähigkeit, eine elektrostatische Ladung abzuleiten.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck "elektrisch nichtleitend" bezieht sich auf Fasern, die einen elektrischen Widerstand von größer als 4 x 10&sup6; Ohm/cm besitzen, gemessen an einem 6kTau (6000 Einzelfäden), gebildet aus Vorläuferfasern mit einem Durchmesser von 4 bis 25 µm. Solche Fasern haben einen spezifischen Widerstand von größer als 10&supmin;¹ Ohm/cm. Der spezifische Widerstand wird aus den Meßergebnissen berechnet, wie in der EP-A-0199567 beschrieben.
Wenn die Vorläuferfaser eine acrylartige Faser ist, wurde gefunden, daß ein Stickstoffgehalt von größer als 18% eine nichtleitfähige Faser ergibt.
In einer zweiten Gruppe sind die karbonisierten Fasern als teilweise elektrisch leitfähig (d.h. mit geringer Leitfähigkeit) und als einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85% aufweisend charakterisiert. Niedrige Leitfähigkeit bedeutet, daß die Fasern einen Widerstand von 4 x 10² bis 4 x 10&sup6; Ohm/cm besitzen, bestimmt durch die zuvor angegebenen Messungen. Bevorzugt stammen die karbonisierten Fasern von stabilisierten acrylartigen Fasern ab und besitzen einen prozentualen Stickstoffgehalt von 16 bis 20% für den Fall einer copolymeren acrylartigen Faser, mehr bevorzugt von 18 bis 20%. Die hieraus gebildeten Strukturen sind leichtgewichtig, besitzen geringe Feuchtigkeitsabsorption, gute Abriebfestigkeit zusammen mit gutem Aussehen und guter Handhabung.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung und sollen sie nicht beschränken. Alle Angaben in Prozentsätzen beziehen sich auf Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Unter Befolgung der Arbeitsweise der US-A-4 882 223, auf welche hiermit Bezug genommen wird, wurde Polystyrol mit einem Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 300.000 in einen 1,9 cm Extruder eingeführt. Das Polymere wurde bei etwa 232ºC geschmolzen und durch eine Zenith-Zahnradpumpe bei etwa 246ºC durchgeführt. Das geschmolzene Polymere wurde zum Einführungsrohr gepumpt und dann zu einer Verdichtungsanordnung, bestehend aus einem Sieb und einer Spinndüse, wobei Niederdruckluft durch die innere Bohrung geführt wurde, um eine hohle Faser zu erzeugen. Die Spinndüse hatte eine Temperatur von 200ºC und einen Betriebsdruck von 2758 kPa Die Faser wurde dann über Ziehrollen geführt und auf Leesona-Aufnahmewalzen mit einer Absaugeinrichtung bei 122 m/min aufgewickelt.
Die Absaugeinrichtung wurde normalerweise verwendet, um die Fasern "abzusaugen", während eine volle Walze abgenommen und eine leere Walze aufgeladen wurde. Einige der Fasern wurden aufgefangen, indem sie durch die Absaugvorrichtung und in einen Kunststoffsack geführt wurden. Beim Eintritt in die Absaugvorrichtung gingen die Fasern um eine ziemlich scharf rechtwinklige Biegung. Beim Eintritt in die Luftströmung der Absaugvorrichtung schienen die Fasern eine Drillbewegung zu erfahren. Die Fasern waren baumwollartig weich und in etwa vergleichbar einem losen Strang anstelle von spröden Fasern, welche ohne ihr Durchführen durch die Absaugvorrichtung erzeugt wurden. Die einzelnen Fasern hatten einen Außendurchmesser von 25-30 µm mit einer Wandstärke von 2-5 µm. Die abgesaugten Fasern hatten Craquelierungen oder Risse längs der Axialrichtung der hohlen Fasern, wahrscheinlich als Folge der Drillbewegung der einzelnen Fasern beim Durchtritt durch die Absaugeinrichtung.
Die hohlen Fasern wurden dann von Hand auf Längen von zwei Zoll (5 cm) geschnitten und von Hand mit karbonisierten Fasern und Polyesterbinderfasern gemischt. Nach dem Mischen von Hand wurde die Fasermischung in eine Rando Mizer Karde eingegeben, um die Fasern weiter zu vermischen und zu öffnen. Das Produkt aus dem Rando Mizer wurde zu einer nichtgewebten Watte auf einer Maschine Rando-B weiterverarbeitet. Die Watte wurde dann bei 107ºC für 60 Sekunden thermisch gebunden.
Die Tabelle I zeigt die K-Faktoren als Funktion der Dichte und die Konzentration an karbonisierten Fasern. Zum Vergleich, Faserglaswatte mit einer Dichte von 10 kg/m³ hat einen K-Faktor von 0,315. TABELLE 1 K-Faktoren von Watten aus Fasermischungen TABELLE 1 (Forts.) K-Faktoren von Watten aus Fasermischungen
* Nichtlineare elektrisch nichtleitfähige karbonisierte Fasern, abstammend aus Polyacrylnitril.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde unter Verwendung einer karbonisierte Faser wiederholt, die aus einer speziellen acrylartigen Faser (SAF) von Courtaulds Ltd. abstammte, aufgelöst in N-Methlpyrrolidon, um eine Lösung mit 15-45 Vol.-% zu erhalten. Das Polymere wurde dann bei einer Temperatur zwischen 160º bis 200ºC unter Verwendung einer Spinndüse für 16 hohle Fasern und Stickstoff als Kerngas gesponnen. Die gesponnenen hohlen Fasern wurden dann in einem Wasserbad bei etwa 10ºC für etwa 2 Sekunden abgeschrekt, um das dichtere Polymere an der Oberfläche der hohlen Fasern zu koagulieren oder dessen Fasertrennung herbeizuführen, wodurch mehr Lösungsmittel nach der inneren Oberfläche verdrängt wurde. Diese hohlen Fasern wurden dann durch ein Wasserbad bei etwa 30ºC geführt, um das Lösungsmittel auszulaugen und eine asymmetrische poröse Struktur mit größerer Porosität nach der Innenseite der hohlen Fasern (200 µm Außendurchmesser / 20 µm Innendurchmesser) zu erreichen. Diese asymmetrischen porösen hohlen Fasern wurden getrocknet und dann in einen Zwangsumluftofen bei 200ºC für 30 min hitzebehandelt, um die Oxidation und Vernetzungsreaktionen des SAF zu fördern. Hieran schloß sich eine Hitzebehandlung in einer Inertatmosphäre von Stickstoff bei 500ºC an, bis ein 85%iger Verlust des anfänglichen Polymerprobengewichtes erreicht war. Das Ergebnis ist eine asymmetrische poröse karbonisierte Faser.
Anstelle von N-Methylpyrrolidon kann als Lösungsmittel Sulfolan, Dimethylformamid, Polyethylenglykol, Polyethylenglycerin oder Mischungen hiervon, beispielsweise 25% Polyethylenglykol/75% Sulfolan, verwendet werden.
Anstelle von SAF kann Polyacrylnitril oder dessen Copolymere eingesetzt werden.

Beispiel 3 - Nichtentflammbarkeitstest

Die Nichtentflammbarkeit der verschiedenen Mischungen der Erfindung wurden unter Befolgung der Testarbeitsweise, wie sie in 14 CFR 25.853(b) angegeben ist, bestimmt. Die Tests wurden wie folgt durchgeführt:
Ein Minimum von drei Proben von 2,5 cm x 15 cm x 30 cm jeder Mischung wurde konditioniert, indem die Proben in einem Konditionierraum aufbewahrt wurden, der auf einer Temperatur von 21ºC ± 5º und 50% ± 5% relativer Feuchtigkeit für 24 Stunden vor dem Test gehalten wurden.
Jede Probe wurde senkrecht angeordnet und einem Bunsen- Brenner oder Turill-Brenner mit einem nominalen Innendurchmesserrohr, eingestellt zur Bildung einer Flamme von 3,8 cm Höhe, ausgesetzt. Die durch ein geeichtes Thermoelement- Pyrometer gemessene minimale Flammentemperatur im Zentrum der Flamme betrug 843ºC. Die untere Kante der Probe lag 1,9 cm über der oberen Kante des Brenners. Die Flamme wurde an der Mittellinie der unteren Kante der Probe für 12 Sekunden angelegt und dann entfernt. Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle II gezeigt. TABELLE II Entflammbarkeitstest nach FAR.25.853
* Nichtlineare nicht elektrisch leitfähige karbonisierte Fasern, abstammend aus Polyacrylnitril
** Polyethylenterephthalat
Polyester: Binder, Celanese Polyester 353 (4 Denier)
Polyester: Molekulargewicht = 300.000

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei gekräuselte expandierte karbonisierte Fasern verwendet wurden, die wie folgt hergestellt waren:
Ein Copolymeres, umfassend 95% Acrylnitril und 5% Vinylchlorid, wurde in Aceton aufgelöst. Zu dieser Copolymerlösung wurden 40% 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan und 0,2% Titandioxid zugesetzt, um eine Endkonzentration an Polymerem auf 35% einzustellen, und die Lösung wurde bei 40ºC zur Herstellung einer Spinnlösung gerührt. Diese Lösung wurde dann in eine 20%ige wäßrige Lösung von Aceton bei 35º durch eine Spinndüse mit Schlitzen 10000.10 mm Φ abgegeben. Nach Eintauchen hierin für 9 Sekunden bei einer Aufnahmerate von 4,5 m/min wurde die gesponnene Mischung für 6 sec in eine 25%ige wäßrige Acetonlösung bei 30ºC unter Ziehen um den Faktor 1,8 eingetaucht, und danach wurde sie gekräuselt und bei 525ºC ohne irgendeine Zugspannung oder Spannung in einer in der US-A-4 979 274 beschriebenen Apparatur hitzebehandelt. Die Faser hatte nach der Karbonisierung eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, eine Expansion von etwa 10%, ein reversibles Durchfederungsverhältnis größer als 2:1 und einen LOI-Wert größer als 40.
Zur Herstellung von linearen Fasern kann die Kräuselstufe weggelassen werden. In ähnlicher Weise können expandierte karbonisierte Polybenzimidazolfasern hergestellt werden.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei expandiertes kontinuierliches 3 K Tau aus KEVLAR-Polyamid, hergestellt entsprechend den Angaben der US-A-4 752 514, verwendet wurde, das nominelle Einzelfaserdurchmesser von 15 µm besaß. Das Tau wurde auf einer Rundstrickmaschine zu einem Material mit 3 bis 4 Maschen pro Zentimeter gewirkt. Das Textilmaterial wurde bei 525ºC für 2 Minuten hitzebehandelt. Wenn das Textilmaterial aufgezogen wurde, ergab es ein Tau, das eine Dehnung oder ein reversibles Durchfederungsverhältnis von größer als 2:1 aufwies. Das aufgezogene Tau wurde auf verschiedene Längen von 5 bis 25 cm geschnitten und in einen Platt Shirley-Analysator eingegeben. Die Fasern des Taus wurden durch eine Kardierbehandlung getrennt und mit hohlen Styrolfasern zur Herstellung einer leichtgewichtigen Isolierung gemischt.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei karbonisierte Fasern verwendet wurden, abstammend von einem 3 K Tau aus expandiertem p-Aramid, gewirkt auf einer Rundstrickmaschine mit 4 Maschen/cm und dann hitzebehandelt bei einer Temperatur von 425ºC ohne Stabilisierung für 10 Minuten. Das gestrickte Material wurde aufgezogen und das Tau (das eine Dehnung oder ein reversibles Durchfederungsverhältnis von größer als 2:1 besaß) wurde auf Längen von 7,5 cm geschnitten. Das geschnittene Tau wurde dann auf einer Kardiermaschine Platt Miniature zusammen mit den Fasern von Beispiel 1 kardiert, um einen rückfedernden komprimierbaren Flaum herzustellen.
Der Flaum kann durch Nadeln, Behandlung mit einem thermoplastischen Bindemittel wie einem Polyesterbindemittel oder dergl. zur Bildung einer Matte oder einer filzähnlichen Struktur verdichtet werden.

Beispiel 7

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei eine Hohlfaser mit etwa 6-12 Rissen verwendet wurde, erhalten aus Polystyrol (Dow Chemical Company) unter Verwendung einer Spinndüsentemperatur von 290-295ºC, einem Spinndüsendruck von 2620-3030 kPa und einer Aufnahmegeschwindigkeit von 980-1530 m/min, um eine Faser mit einem Innendurchmesser von 45-55 µm und einer Wandstärke von 5-7 µm zu erhalten.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Arbeitsweisen der vorliegenden Erfindung wurden in der vorangegangenen Beschreibung angegeben. Die Erfindung ist jedoch durch die folgenden Ansprüche definiert und nicht auf die beschriebenen besonderen Formen beschränkt, da diese lediglich als erläuternd und nicht als einschränkend anzusehen sind.

Claims

1. Feuerbeständige faserartige Wärmeisolierung, umfassend eine Mischung von thermoplastischen Fasern und nicht-graphitischen karbonisierten polymeren Fasern, abstammend von einem polymeren Vorläufermaterial, ausgewählt aus aromatischen Polyamiden, Polybenzimidazolen und Polyacrylnitril, worin diese karbonisierten Fasern in einer Menge von 20 bis 75 Gew.-% (bezogen auf das kombinierte Gewicht der thermoplastischen und karbonisierten Fasern) vorhanden sind und einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85 %, einen LOI-Wert (bestimmt gemäß ASTM D 2863- 77) von größer als 40, einen prozentualen Verkohlungswert größer als 65 und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1,7 W/(m ºC) (1,7 W/(m ºK)) besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern hohle styrolartige Fasern sind.

2. Isolierung nach Anspruch 1, worin diese karbonisierten Fasern in einer Menge von 20 bis 50 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der hohlen thermoplastischen Fasern und der karbonisierten Fasern) vorhanden sind.

3. Isolierung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Menge dieser karbonisierten Fasern ausreicht, damit die faserartige Isolierung die Nichtentflammbarkeitstandards von 14 CFR 25. 853 (b) erfüllt.

4. Isolierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die hohlen styrolartigen Fasern craqueliert oder rissig sind.

5. Isolierung nach Anspruch 4, worin die hohlen styrolartigen Fasern eine Faserbreite von 6 bis 30 µm und wenigstens 6 Risse oder Craquelierungen haben.

6. Isolierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin diese karbonisierten Fasern wenigstens 5 % Leerräume enthalten.

7. Isolierung nach Anspruch 6, worin die karbonisierten Fasern porös oder hohl sind.

8. Isolierung nach Anspruch 7, worin die karbonisierten Fasern asymmetrisch porös sind.

9. Isolierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die karbonisierten Fasern nichtlinear sind.

10. Isolierung nach Anspruch 9, worin die karbonisierten Fasern eine permanent eingestellte multi-krummlinige Strukturkonfiguration mit keinen scharfen Biegungen und ein reversibles Durchfederungsverhältnis größer als 1,2 : 1 haben.

11. Leichtgewichtige Strukturplatte aus einem druckgeformten Verbund einer Harzmatrix, enthaltend 10 bis 95 Gew.-% einer Mischung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert.

12. Verwendung von nicht-graphitischen karbonisierten polymeren Fasern, abstammend von einem polymeren Vorläufermaterial, ausgewählt aus aromatischen Polyamiden, Polybenzimidazolen und Polyacrylnitril, worin diese karbonisierten Fasern einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85 %, einen LOI-Wert (bestimmt gemäß ASTM D 2863-77) von größer als 40, einen prozentualen Verkohlungswert größer als 65 und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1,7 W/(m ºC) (1,7 W/(m ºK)) besitzen, zur Erhöhung der Feuerbeständigkeit von hohlen styrolartigen Fasern.

13. Verwendung wie in Anspruch 12 beansprucht, worin die Menge dieser karbonisierten Fasern wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert ist

14. Verwendung wie in Anspruch 12 oder Anspruch 13 beansprucht, worin diese karbonisierten Fasern wie in einem der Ansprüche 6 bis 10 definiert sind.

15. Verwendung wie in einem der Ansprüche 12 bis 14 beansprucht, worin diese styrolartigen Fasern wie in Anspruch 4 oder Anspruch 5 definiert sind.