DE3880076T2

DE3880076T2 - Kohlenstoffhaltige fasern enthaltende, flammfeste und feuerhemmende strukturen und verfahren zur herstellung derselben.

Info

Publication number: DE3880076T2
Application number: DE8888202360T
Authority: DE
Inventors: Frank W Hale; David M Hall; Mccullough, Jr; R Vernon Snelgrove
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1993-07-22
Anticipated expiration: 2008-10-22
Also published as: KR890701347A; AU613972B2; DK322689D0; EP0314244B1; EP0314244A2; DE3880076D1; NZ226753A; AR244359A1; KR920001037B1; BR8807294A; WO1989003764A1; DK322689A; MX167447B; FI893133A0; ATE87984T1; CA1332855C; JPH07317173A; FI893133L; AU2444988A; CN1030001C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft flammhemmende und feuerblockierende Strukturen, Herstellungsmethoden und aus solchen Strukturen hergestellte Gegenstände, einschließlich gewebter oder nicht-gewebter Stoffe, Bekleidungsgegenstände, Platten und Überzüge für polymere Schaumstrukturen. Die flamm- und feuerhemmenden Strukturen umfassen ein Gemisch aus im wesentlichen dauerhaft und irreversibel heißfixierten, nicht-entflammbaren kohlenstoffhaltigen Fasern und einem Polymermaterial.
Die Verwendung von Filzen, die aus Asbest, Kohlenstoff und Graphit unter Verwendung von kurzen und geraden Stapelfasern sowie aus verschiedenen Keramikmaterialien, insbesondere Keramikschäumen hergestellt worden sind, als thermische Isolierung mit feuerblockierenden Eigenschaften ist allgemein bekannt. Die Massendichten einiger wohlbekannter thermischer Isolationsmaterialien sind im Bereich von 5,6 bis 32 kg/m³ für Isolationsmaterialien, die sich bei Temperaturen von nicht mehr als 120ºC eignen, und von 32 bis 80 kg/m³ für Isolationsmaterialien, die bei Temperaturen von bis zu 1650ºC verwendet werden. Sogar das neueste "leichte" Isolationsmaterial, das eine Keramik umfaßt, aus der ein kohlenstoffhaltiges Material ausgebrannt worden ist, besitzt eine Massendichte von 32 bis 96 kg/m³. Weiterhin besitzen die üblicherweise bekannten thermischen Isolationsmaterialien mit feuerblockierenden Eigenschaften, wie etwa Kohlenstoff- oder Graphitfilze und Keramikmaterialien mit der möglichen Ausnahme von Fiberglas, das unter bestimmten Bedingungen als feuerblockierendes Material verwendet werden kann, keine Flexibilität, d.h. sie besitzen nicht die Fähigkeit zur Rückgewinnung der ursprünglichen "Offenheit" nach Kompression (Zurückfedern). Weiterhin können diese Materialien des Standes der Technik aus ihrer ursprünglichen Offenheit nicht in einem großen Ausmaß komprimiert werden, da im wesentlichen gerade oder lineare Fasern keine nennenswerte räumliche Entfernung zwischen den einzelnen Fasern aufweisen. Demzufolge ist eine sehr geringe Offenheit zwischen linearen Fasern und es besteht dementsprechend im wesentlichen keine Komprimierbarkeit zwischen den Fasern.
Sowohl Regierung und Industrie haben ausführliche Forschungen zur Entwicklung von Strukturen oder Stoffen durchgeführt, die entweder nicht-entflammbar sind oder mindestens das Ausbreiten eines Feuers hemmen. In Verbindung mit dem Finden eines wirksamen Materials, um als Feuerbarriere zu wirken, erfordern Erwägungen bezüglich des Verbrauchers, daß solche Materialien funktionell, ästhetisch annehmbar und von einem vernünftigen Preis sind.
Unglücklicherweise waren bisherige Anstrengungen zur Entwicklung einer geeigneten Feuerbarriere nicht sehr wirksam. Somit brennen sogar Stoffe, die z.B. nicht von einer glimmenden Zigarette entzündet und daher nach dem UFAC Bezugstoff-Klassifizierungstest als Stoffe der Klasse 1 eingestuft werden, wenn sie in Kontakt mit einer offenen Flamme kommen. Folglich führt dies zur Entzündung jedes darunter befindlichen Materials wie etwa eines Kissens oder einer Matratze.
Durch sogenannte feuerhemmende Schaumüberzüge für Textilien, Einlegematerialien und Rückenbeschichtungen für Polsterungen bzw. Bezugsstoffe sowie durch chemische Behandlungen für Kleidungsstoffe wurde versucht, den kommerziell erhältlichen Stoffen eine feuerhemmende Qualität zu geben. Unglücklicherweise sind diese Materialien bestenfalls nur selbstverlöschend, wenn die Quelle der Flamme entfernt wird. Wenn man die Flammenquelle nicht entfernt, verkohlen diese Materialien, verlieren ihre Beständigkeit und, was am wichtigsten ist, hemmen die Flamme nicht daran, Materialien unterhalb des Stoffüberzugs zu erreichen, die als Hauptbrennstoffquelle für das Feuer wirken.
Andere Versuche zur Lösung des Entflammbarkeits-Problems haben sich auf die Verwendung von inhärent nicht-entflammbaren Stoffen wie etwa Fiberglas konzentriert, die z.B. in Textilien verwendet werden kann. Es wurde jedoch gefunden, daß sich die Glasfasern selbst abschleifen, indem sie nämlich gegeneinander reiben, wodurch sie sich aufgrund einer solchen Abrasionswirkung selbst zerstören. Zur Verringerung der Abrasionswirkung ist daher Waschen mit der Hand und Trocknen auf der Leine aus Gründen der Notwendigkeit die empfohlene Reinigungsprozedur für solche Stoffe. Weiterhin neigen die relativ spröden Glasfasern zum Bruch und reizen stark die Haut, so daß der Stoff für viele Anwendungen ungeeignet gemacht wird, wo es einen intensiven Hautkontakt gibt. Glasfaserstoffe enthalten üblicherweise auch entflammbare Leimbinder und/oder Haftmittel-Finishes um dem Stoff ein ästhetisches Aussehen zu geben.
Folglich besteht ein Bedürfnis nach Strukturen, wie etwa gewebten oder gewirkten bzw. gestrickten Stoffen, Watten, Geweben und dgl., die nicht nur feuerabschirmende Eigenschaften zeigen, sondern auch waschbar, leicht sind und zu ästhetisch annehmbaren Stoffen für häusliche und kommerzielle Anwendungen verarbeitet werden können.
Das U.S. Patent Nr. 4,588,635 von James G. Donovan offenbart ein leichtes thermisches Isolationsmaterial, das ein Gemisch aus gesponnenen und gezogenen, gekräuselten, synthetischen Polymerstapelfasern mit einem Durchmesser von 3 bis 12 Mikron und synthetischen Polymerstapelfasern mit einem Durchmesser von mehr als 12 und bis zu 50 Mikron ist. Das Isolationsmaterial ist jedoch entflammbar.
Das U.S. Patent Nr. 4,167,604 von William E. Aldrich offenbart die Verwendung von gekräuselten, hohlen Polyesterfilamenten in einem Gemisch mit Vogeldaunen (z.B. Enten- oder Gänsedaunen) in Form eines kardierten Mehrfadengewebes, das mit einem thermofixierenden Harz behandelt wird, um eine Watte mit thermischen Isolationseigenschaften zu bilden. Das Gewebe besitzt jedoch keine feuerhemmenden Eigenschaften.
Das U.S. Patent Nr. 4,321,154 von Francois Ledru betrifft ein thermisches Hochtemperatur-Isolationsmaterial, das Isolationsmaterialfasern und pyrolytischen Kohlenstoff enthält. Um die Isolierung leicht zu machen, wird ein Expandiermittel verwendet, das aus hohlen Teilchen wie etwa Mikrokugeln besteht.
Die europäische Patentanmeldung Serien-Nr. 0199567, veröffentlicht am 29. Oktober 1986, von F. P. McCullough et al mit dem Titel "Carbonaceous Fibers with Spring-Like Reversible Deflection and Method of Manufacture" offenbart nicht-entflammbare, kohlenstoffhaltige Fasern, die sich zur Verwendung in Strukturen gemäß vorliegender Erfindung eignen.
Die kohlenstoffhaltigen Fasern, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, besitzen einen LOI-Wert von mehr als 40, wie durch die Testmethode ASTM D2863-77 bestimmt wird. Die Testmethode ist auch als "Sauerstoff- Index" oder "Grenz-Sauerstoff-Index" (LOI) bekannt. Mit dieser Prozedur wird die Sauerstoffkonzentration in O&sub2;/N&sub2;- Gemischen bestimmt, bei der eine vertikal angebrachte Probe an ihrem oberen Ende angezündet wird und einfach weiterbrennt. Die Größe der Probe ist 0,65 x 0,3 cm mit einer Länge von 7 bis 15 cm. Der LOI-Wert wird gemäß der Gleichung berechnet:
Die LOI-Werte unterschiedlicher natürlicher und synthetischer Fasern sind wie folgt:
Polypropylen 17,4
Polyethylen 17,4
Polystyrol 18,1
Rayon 18,6
Baumwolle 20,1
Nylon 20,0
Polycarbonat 22,0
starres Polyvinylchlorid 40,0
stabilisiertes Polyacrylnitril > 40
Graphit 55,0
Um verschiedene, hier verwendete Bezeichnungen klar und leicht verständlich zu machen, werden nachstehend die folgenden Definitionen gegeben.
Die Bezeichnung "stabilisiert" wird hier auf kohlenstoffhaltige Vorstufenfasern angewendet, bei einer spezifischen Temperatur, typischerweise weniger als etwa 250ºC für Acrylfasern oxidiert worden sind. Es ist ersichtlich, daß die Fasern in manchen Fällen durch chemische Oxidationsmittel bei tieferen Temperaturen oxidiert werden können. Die Prozedur ist ausführlicher in der zuvor genannten veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Serien-Nr. 0199567 beschrieben.
Die hier verwendete Bezeichnung "reversible Auslenkung" betrifft eine helikale oder sinusförmige Kompressionsfeder. Insbesondere wird auf das Dokument "Mechanical Design - Theory and Practice", MacMillan Publishing Co., 1975, pp bis 748, insbesondere Sektion 14-2, pp 721 bis 724 sowie auf die zuvor erwähnte veröffentlichte europäische Patentanmeldung Serien-Nr. 0199567 verwiesen.
Die hier verwendete Bezeichnung "Polymer" oder "Polymermaterial" betrifft organische Polymere wie in Hawley's Condensed Chemical Dictionary, Eleventh Edition, veröffentlicht von Van Nostrand Rheinhold Company definiert. Die organischen Polymere umfassen im allgemeinen: 1) natürliche Polymere wie etwa Cellulose und dgl., 2) synthetische Polymere wie etwa thermoplastische oder thermofixierende Elastomere und 3) semi- synthetische Cellulosen. Zu den Polymeren werden hier auch tiefschmelzende polymere Binder mit einer Schmelztemperatur von weniger als 121ºC sowie Polymerfasern gezählt.
Die hier verwendete Bezeichnung "dauerhaft" oder "irreversibel heißfixiert" betrifft nicht-lineare kohlenstoffhaltige Fasern, die hitzebehandelt worden sind, bis sie einen Grad an Irreversibilität besitzen, wo die Fasern bei Streckung zu einer im wesentlichen linearen Gestalt ohne ihre innere Zugfestigkeit zu überschreiten, nicht zu ihrer nicht-linearen Konfiguration zurückkehren, wenn die Belastung von der Faser genommen wird. Solche Fasern sind ausführlicher in der zuvor erwähnten veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Serien-Nr. 0199567 beschrieben.
Alle im folgenden angegebenen Prozentangaben sind Gewichtsprozent.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine feuerhemmende und feuerblockierende Struktur bereitgestellt, die ein Gemisch eines Polymermaterials und nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm und einem LOI-Wert von mehr als 40 umfaßt, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im Gemisch in einem Anteil von mindestens 7,5 % vorhanden sind.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Herstellung einer Feuerabschirmung für ein Strukturteil, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Schicht einer innigen Mischung eines Polymermaterials und mindestens 7,5 % nicht-entflammbarer, im wesentlichen irreversibel heißfixierter kohlenstoffhaltiger Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40.
Die erfindungsgemäße feuerhemmende und feuerblockierende Struktur wird insbesondere als gewebte oder nicht-gewebte Stoffe, Kleidungsgegenstände, Überzüge für polymere Schaumgegenstände wie etwa Sitzkissen, Feuerabschirmungen oder Platten verwendet.
Vorzugsweise stammen die kohlenstoffhaltigen Fasern aus kohlenstoffhaltigen Polymerfasern oder Fasern auf Pechbasis. Vorzugsweise sind die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht-linear, flexibel, ihre Gestalt verformend und besitzen ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1, vorzugsweise mehr als 2 : 1. Es wurde gefunden, daß die nicht-linearen Fasern eine beträchtliche Offenheit und verbesserte thermische Isolationseigenschaften für Strukturen und/oder sie enthaltende Stoffe liefern. Die nicht-linearen Fasern liefern auch eine Porosität, welche die Feuerausbreitung hemmt.
Es wurde auch entdeckt, daß die kohlenstoffhaltigen Fasern, wenn sie mit Polymerfasern zur Bildung einer Struktur wie etwa eines Kabels, eines Garns, eines Gewebes, eines wolleartigen Flaums, einer Watte, eines Stoffs oder dgl. vermengt werden, hinsichtlich der feuerblockierenden und feuerhemmenden Eigenschaften der Mischung eine überraschende synergistische Wirkung zeigen. Es ist ersichtlich, daß es bei Verdichtung der Struktur (d.h. Kompression zur Bildung einer Struktur mit einer höhen Dichte verglichen mit einer nicht- komprimierten Struktur) für eine bestimmte Anwendung bevorzugt ist, einen höheren Anteil an kohlenstoffhaltigen Fasern zu verwenden.
Es ist daher insbesondere ein Gegenstand der Erfindung, solche Strukturen bereitzustellen, die ein inniges Gemisch von 25 bis 75 % kohlenstoffhaltigen Fasern und einem Polymermaterial umfassen, worin das Polymermaterial ein polymerer Binder mit einer Erweichungstemperatur von weniger als 450ºC ist.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Überzug für eine polymere Schaumstruktur bereitzustellen, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 15 bis 75 % nicht- entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm. Ein solcher Überzug ist feuerhemmend und ergibt eine Feuerbarriere und besitzt auch gute Handhabungs- und Wascheigenschaften.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, einen gewebten oder nicht-gewebten Stoff bereitzustellen, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 40 % nicht- entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Kleidungsgegenstand bereitzustellen, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 20 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40, einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm und einem elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm. Die Polymermaterialien enthalten vorzugsweise Polymerfasern. Der Kleidungsgegenstand besitzt gute Handhabungs- und Wascheigenschaften, ist ästhetisch ansprechend und besitzt hervorragende feuerblockierende Eigenschaften.
Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Feuerabschirmung bereitzustellen, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 80 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %. Die erfindungsgemäße Feuerabschirmung wird günstigerweise mit einem anderen Strukturteil oder einem Paar benachbarter Strukturteile eingesetzt.
Es ist auch ein Gegenstand der Erfindung, eine feuerhemmende und feuerblockierende Struktur bereitzustellen, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und kohlenstoffhaltiger Fasern, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im wesentlichen graphitisch sind, irreversibel heißfixiert, nicht-linear, flexibel, ihre Gestalt verformend und dehnbar sind, ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1, ein Aspektverhältnis von mehr als 10 : 1, einen LOI-Wert von mehr als 40, einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10&supmin;¹ Ohm/cm besitzen und worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im Gemisch in einem Anteil von mehr als 20 % vorhanden sind.
Ein besonderer Gegenstand der Erfindung betrifft eine feuerblockierende Platte, umfassend einen druckgeformten Verbundstoff aus einer thermoplastischen oder thermofixierenden Harzmatrix, umfassend von 10 bis 95 Gew.-% nicht-entflammbare, im wesentlichen irreversibel heißfixierte kohlenstoffhaltige Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von niehr als 65 %.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feuerabschirmung für ein Strukturteil, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Schicht einer innigen Mischung eines Polymermaterials und mindestens 7,5 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, einem Stickstoffgehalt von 5 bis 35 % und einem LOI-Wert von mehr als 40.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der flammhemmenden und feuerblockierenden Eigenschaften eines Faserkabels, umfassend die Schritte des Einmischens von mindestens 7,5 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, einem Stickstoffgehalt von 5 bis 35 % und einem LOI-Wert von mehr als 40 in das Faserkabel.
Signifikante Verbesserungen werden erreicht, wenn die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht linear sind. Bei der vorliegenden Erfindung können jedoch sowohl lineare als auch nicht-lineare kohlenstoffhaltige Fasern eingesetzt werden. Wenn die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht linear sind, werden die Offenheit und die Gestalt verformenden Eigenschaften einer die Fasermischung enthaltenden wolleartigen Struktur, eines Stoffs oder einer Watte sogar nach langen Kompressionsdauern beibehalten. Es ist ersichtlich, daß die Gestalt verformenden und feuerhemmenden Eigenschaften der Struktur umso größer sind, je höher der Anteil an verwendeten nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern ist. In der Mischung kann ein Anteil von bis zu 92,5 % nicht-linearer kohlenstoffhaltiger Fasern verwendet werden. Eine Verwendung höherer Anteile bringt keinen weiteren Nutzen. Vorzugsweise liegen die kohlenstoffhaltigen Fasern in der Mischung in einem Anteil von 10 bis 80 %, besonders bevorzugt von 20 bis 60 % vor. Wenn man lineare kohlenstoffhaltige Fasern verwendet, liegen sie günstigerweise im Gemisch in einem Anteil von mindestens etwa 15 % vor.
Die Polymerfasern können ebenfalls linear oder nicht-linear sein. Die nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern sind jedoch irreversibel heißfixiert, flexibel und behalten ihre Gestalt bei, so daß die Struktur dauerhaft einen Grad an Offenheit und Porosität behält, um einen guten Griff zu ergeben, sogar wenn die anderen Fasern ihre Nicht linearität verlieren.
Die verwendeten nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern können eine sinusförmige und/oder spiralförmige (coil-like) Konfiguration abhängig von der Endanwendung der Fasern besitzen. Fasern, die aus stickstoffhaltigen Polymeren wie etwa einem Polymer auf Acrylbasis stammen, haben einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 %, vorzugsweise von 16 bis 25 %, am meisten bevorzugt von 18 bis 20.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die kohlenstoffhaltigen Fasern geöffnet und dann mit Polymerfasern, d.h. entweder synthetischen oder natürlichen Fasern oder beiden vermischt, um ein Fasergemisch oder -gemenge zu bilden. Die kohlenstoffhaltigen Fasern besitzen eine Massendichte von 6,4 bis 96 kg/m³, wenn sie in Form eines wolleartigen Flaums oder einer Watte sind. Eine Mischung von mindestens 7,5 % der kohlenstoffhaltigen Fasern mit anderen Polymerfasern und mit einer Massendichte von 6,4 bis 9,6 kg/m³ ist bevorzugt.
Das Gemisch aus kohlenstoffhaltigen Fasern und anderen Polymerfasern kann unter Verwendung einer gebräuchlichen Kardierungsvorrichtung, die den Fachleuten wohlbekannt ist, zu einem kardierten Gewebe verarbeitet werden. Der Kardierungsvorgang dient zur gleichförmigen Vermengung der kohlenstoffhaltigen Fasern und anderer Stapelfasern. Das kardierte Gewebe hat üblicherweise eine Dicke im Bereich von bis zu 5 cm, kann aber in Mehrfachlagen aufeinandergelegt werden, um ein Gewebe mit einer Dicke von 25 cm oder mehr abhängig von der gewünschten Endanwendung des Materials zu erzeugen.
Zur Anfertigung von Stoffen mit feuerhemmenden Eigenschaften kann eine Fasermischung verwendet werden. Eine Mischung von Fasern, die mindestens 7,5 bis 20 % der kohlenstoffhaltigen Fasern enthält, kann beispielsweise zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen wie etwa Kleidungsstücken, Handtüchern, Schlafsäcken und dgl. eingesetzt werden. Solche Stoffgegenstände haben hervorragende Waschbarkeits- und Formbeständigkeitseigenschaften, insbesondere wenn ein großer Anteil von 30 bis 50 % nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern verwendet wird. Kohlenstoffhaltige Fasern mit einem Stickstoffgehalt von 16 und 20 % sind besonders für Stoffe geeignet, die einen Hautkontakt mit dem Träger ergeben.
Stoffstrukturen, welche die kohlenstoffhaltigen Fasern in Anteilen von 7,5 bis 40 % enthalten, können günstigerweise für Sitzbezüge bei Bezugmaterialien, Watten in Sitzüberzügen, Vorhängen und dgl. verwendet werden.
Die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Fasern in den Mischungen in Anteilen bis zu 92,5 % verbessert die feuerblockierenden und feuerabschirmenden Eigenschaften der Strukturen.
Strukturen mit größeren Anteilen an kohlenstoffhaltigen Fasern besitzen auch eine größere chemische Beständigkeit. Die Strukturen können als Filter, Schlauchbeschichtungen, statische Präzipitatoren und dgl. verwendet werden. Es ist jedoch wünschenswert, daß Stoffeigenschaften beibehalten werden, die denen von gebräuchlichen Stoffen ähnlich sind, um für ein günstiges ästhetisches Erscheinungsbild und Gefühl zu sorgen.
Die Stoffe können ein Gemisch aller natürlicher Fasern, aller synthetischer Polymerfasern oder einer Kombination der beiden zusammen mit den kohlenstoffhaltigen Fasern umfassen.
Man findet eine synergistische flammenhemmende Wirkung, wenn die kohlenstoffhaltigen Fasern in einer Mischung mit Naturfasern wie etwa Baumwolle, Wolle, Flachs, Seide oder Gemischen davon eingesetzt werden.
Die synthetischen Polymerfasern, die zur Bildung eines Gemisches mit den kohlenstoffhaltigen Fasern verwendet werden können, umfassen z.B. Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen und dgl., Polyvinylchorid, Polyvinylalkohol, Polyester, Polyacrylnitril, Polyacrylate, Polycarbonate, Cellulose-Produkte, Ionomere, DACRON und KEVLAR (beide sind Warenzeichen von E. I. de Pont de Nemours & Co., Inc.) und dgl.. Es ist natürlich ersichtlich, daß ein Gemisch natürlicher und/oder synthetischer Polymerfasern mit den kohlenstoffhaltigen Fasern verwendet werden kann.
Die günstigerweise bei der Herstellung der kohlenstoffhaltigen Fasern verwendeten Vorstufen-stabilisierten Acrylfasern werden aus Acrylnitril-Homopolymeren, Acrylnitril-Copolymeren und Acrylnitril-Terpolymeren ausgewählt.
Die Copolymere und Terpolymere enthalten vorzugsweise mindestens etwa 85 Mol-% Acryleinheiten, vorzugsweise Acrylnitrileinheiten und bis zu 15 Mol-% von einer oder mehreren Monovinyleinheiten, die mit Styrol, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylpyridin und dgl. copolymerisiert sind.
Bevorzugte Vorstufenmaterialien werden durch Schmelzspinnen oder Naßspinnen der Vorstufenmaterialien auf bekannte Weise erzeugt, um ein Monofilament oder ein Multifilamentkabel zu erzeugen. Die Fasern werden zu einer Fertigstruktur wie etwa einem Garn, einem gewebten Stoff oder einem gewirkten bzw. gestrickten Gewebe und dgl. durch eine beliebige kommerziell verfügbare Technik verarbeitet. Dann wird die Struktur auf eine Temperatur von vorzugsweise über etwa 525ºC in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erhitzt und danach entwirkt oder auseinandergenommen und kardiert, um einen wolleartigen Flaum zu erzeugen, der in einer watteartigen Form aufgeschichtet werden kann.
Eine erste Gruppe von kohlenstoffhaltigen Fasern, die auf diese Weise erzeugt werden, kann als nicht elektrisch leitfähig klassifiziert werden und besitzt keine antistatischen Eigenschaften, d.h. sie haben nicht die Fähigkeit, eine elektrostatische Ladung abzuleiten.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Bezeichnung "nicht elektrisch leitfähig" betrifft Fasern mit einem elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm bei Messung an einem 6K-Kabel (6000 Filamente), das aus Vorstufenfasern mit einem Durchmesser von 4 bis 25 Mikron gebildet wurde. Solche Fasern haben einen spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm. Der spezifische Widerstand wird aus Messungen berechnet, wie sie in der zuvor genannten veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 0199567 beschrieben sind.
Wenn die Vorstufenfaser eine Acrylfaser ist, wurde festgestellt, daß ein Stickstoffgehalt von mehr als 18 % zu einer nicht-leitfähigen Faser führt.
In einer zweiten Gruppe werden die kohlenstoffhaltigen Fasern aus teilweise elektrisch leitfähig (d.h. mit einer geringen Leitfähigkeit) klassifiziert und besitzen einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 85 %. Eine geringe Leitfähigkeit bedeutet, daß die Fasern einen Widerstand von 4 x 10³ bis 4 x 10&sup6; Ohm/cm besitzen, wie durch die hier zuvor spezifizierten Messungen bestimmt wird. Vorzugsweise stammen die kohlenstoffhaltigen Fasern von stabilisierten Acrylfasern und besitzen einen prozentualen Stickstoffgehalt von 16 bis 20 % im Falle einer Acryl-Copolymerfaser, besonders bevorzugt von 18 bis 20 %. Die daraus hergestellten Strukturen sind leicht, haben eine geringe Feuchtigkeitsabsorption, eine gute Abrasionsfestigkeit zusammen mit einer guten Erscheinung und Handhabbarkeit.
In einer dritten Gruppen sind Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 85 %. Diese Fasern sind dadurch gekennzeichnet, daß sie stark elektrisch leitfähig sind. Dies bedeutet, daß die Fasern im wesentlichen graphitisch sind und einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm und einen Stickstoffgehalt von weniger als 5 % besitzen. Dementsprechend ist der spezifische Widerstand der Fasern weniger als 10&supmin;¹ Ohm/cm. Solche Fasern eignen sich bei Anwendungsformen, wo auch eine elektrische Erdung oder Abschirmung erwünscht ist.
Beispielhaft für die Strukturen gemäß vorliegender Erfindung sind diejenigen, die in den folgenden Beispielen aufgelistet sind.

Beispiel 1

A. Durch Vermischung eines geeigneten Anteils von jeweils einer aufgelockerten Faser in einem Misch/Zufuhrbereich einer Rando Webber Maschine Modell B (hergestellt von Rando Machine Corp. aus Macedon, New York) mit einer Probengröße von 30 cm wurden Watten mit einer Porengröße von 30 cm hergestellt. Die so erzeugten Watten waren typischerweise etwa 2,5 cm dick und hatten eine Massendichte im Bereich von 6,4 bis 96 kg/m³. Die Watten wurden thermisch gebunden, indem sie auf einem Förderband durch einen thermischen Bindeofen bei einer Temperatur von etwa 150ºC geführt wurden.
Flammbarkeitstest wurden in einer Standard-Testvorrichtung, wie in FTM 5903 zitiert, gemäß der Prozedur aus FAR 25.8536 9 durchgeführt, wo auf FTM 59030 Bezug genommen wird. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I dargestellt: TABELLE I Probe Nr. Probenzusammensetzung Brennlänge (cm) Nachflammen (sek.) Bestanden oder versagt Baumwolle vollständig TABELLE I (Fortsetzung) Probe Nr. Probenzusammensetzung Brennlänge (cm) Nachflammen (sek.) Bestanden oder versagt Baumwolle Wolle
NLCF = nicht-lineare kohlenstoffhaltige Faser
LCF = lineare kohlenstoffhaltige Faser
LCF (SC) = lineare kohlenstoffhaltige Faser mit einer Kräuselung mit geringer Amplitude
PEB = Polyesterbindefaser mit 8 Denier aus 410 KODEL (ein Warenzeichen von Eastman Chemical)
PP = Polypropylen
PE = 5 cm Stapel Dupont DACRON 164 (ein Warenzeichen von du Pont) Polyester mit 6 Denier
Baumwolle = unbehandelte 3,75 cm Baumwolle
OPF = stabilisierte Polyacrylnitrilfaser
NOMEX = ein Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc. für eine Aramidfaser
Die voranstehende Tabelle zeigt überraschenderweise, daß die Verwendung von nur 7,5 Gew.-% nicht-linearer kohlenstoffhaltiger Fasern in den Gemischen im wesentlichen zu keinem Nachflammen bzw. Nachbrennen und zu keinem Tropfen der Flamme führte, wenn die Flammenquelle entfernt wurde.

Beispiel 2

Nach der Prozedur von Beispiel 1 wurden ähnliche Tests durchgeführt und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II gezeigt: TABELLE II Probe Nr. Probenzusammensetzung Zusammensetzung Verdichtungsmethode Brennlänge (cm) Nachbrennen (sek.) Bestanden oder versagt Baumwolle vollständig TABELLE II (Forsetzung) Probe Nr. Probenzusammensetzung Zusammensetzung Verdichtungsmethode Brennlänge (cm) Nachbrennen (sek.) Bestanden oder versagt Baumwolle vollständige Verbrennung
NP = vernadelt mit 100 Löchern/in² (15,5 Löcher pro cm²)
PS = Pin Sonic thermisch fixiert in einem Rautenmuster NOMEX und KEVLAR sind beide Warenzeichen von E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc.

Beispiel 3 - Nichtentflammbarkeitstest

Die Nichtentflammbarkeit des erfindungsgemäßen Stoffs wurde nach der in 14 CFR 25.853(b) aufgelisteten Testprozedur bestimmt. Der Test wurde wie folgt durchgeführt:
Mindestens drei 10 % kohlenstoffhaltige Faser, 10 % Polyethylen und 80 % Baumwolle enthaltende, 2,5 cm x 15 cm x 30 cm Proben wurde vorbehandelt, indem die Proben in einem Vorbehandlungsraum bei einer Temperatur von 21ºC ± 5ºC und 50 % ± 5 % relativer Feuchtigkeit für 24 Stunden vor dem Test gehalten wurden.
Jede Probe wurde vertikal gehalten und einem Bunsen- oder Turillbrenner ausgesetzt, dessen Rohr auf einen nominellen I.D. eingestellt war, um eine Flamme von 3,8 cm Höhe zu ergeben. Die durch ein kalibriertes Thermoelement-Pyrometer im Mittelpunkt der Flamme gemessene minimale Flammentemperatur war 843ºC. Der untere Rand der Probe war 1,9 cm über dem oberen Ende des Brenners. Die Flamme wurde auf die Mittelpunktslinie des unteren Probenrands für 12 Sekunden gerichtet und dann entfernt.
Gemäß dem Test war das Material selbst verlöschend. Die mittlere Brennlänge überstieg nicht 20 cm. Das mittlere Nachbrennen überstieg nicht 15 Sekunden und es gab kein Tropfen der Flamme.
Ähnliche Ergebnisse können erreicht werden, wenn die kohlenstoffhaltige Faser entweder von einer Acrylvorstufe oder einer Faser auf Pechbasis stammt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine feuerabschirmende Zusammensetzung eines komprimierten, faserverstärkten Verbundmaterials, das eine Polymermatrix und eine Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Fasern umfaßt. Die Polymermatrix kann ein thermoplastisches oder ein heiß-gehärtetes thermofixierendes Harz enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die erfindungsgemäßen Verbundstoffe durch Pressen eines thermoplastischen oder thermofixierenden Harzes zusammen mit einer Watte oder einem Flaum kohlenstoffhaltiger Fasern hergestellt. Der Verbundstoff kann kaltgepreßt werden oder man kann abhängig vom Harz die Kombination von Hitze und Druck verwenden. Günstigerweise führt das Pressen zu Fasern, die an der Oberfläche des Verbundstoffes sind. Die erfindungsgemäßen Platten können einen oder mehrere Verbundstoffe umfassen, die zur Bildung einer einzigen Einheit aneinander laminiert sind.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Struktur, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern an einer oder mehreren Seiten der Platte sind, um für eine Schall- und Wärmeisolierung zu sorgen.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Strukturteils mit einer Schall absorbierenden Barriereschicht.
Der erfindungsgemäße Verbundstoff eignet sich besonders bei Herstellung von feuerhemmenden oder feuerabschirmenden Strukturplatten zur Anwendung in Fahrzeugen wie etwa Automobilen oder Flugzeugen, Baustrukturen, insbesondere Geschäftsgebäuden wie etwa Krankenhäusern und hochaufragenden Amtsgebäuden.
Günstigerweise enthalten die Verbundstoffe gemäß vorliegender Erfindung von 10 bis 95 Gew.-% kohlenstoffhaltige Fasern, vorzugsweise von 20 bis 75 Gew.-% des Verbundstoffs.
Die in den Verbundstoffen gemäß vorliegender Erfindung verwendeten Polymermaterialien können aus beliebigen Materialien gebräuchlicher Art wie etwa thermoplastischen Harzen und thermofixierenden Harzen ausgewählt werden.
Thermoplastische Harze umfassen beispielsweise Polyethylen, Ethylen-Vinylacetatcopolymere, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethacrylat, Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymere (ABS), Polyphenylenoxid (PPO), ein Halogengruppen-modifiziertes PPO, Polycarbonat, Polyacetal, Polyamid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyolefine, Polyacrylnitril, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidin, Ethylcellulose, Polyvinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer, Polyacrylnitril-Styrol- Copolymer, Polyacrylnitril-Vinylchlorid-Polymer, Carboxymethylcellulose und dgl., Polyparaxylol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polybenzimidazol, Polyoxadioazol und dgl..
Thermofixierende Harze umfassen beispielweise Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Alkydharze, Vinylesterharze, Polyesterharze, Xylolharze, Furanharze und dgl..
Andere geeignete Harzmaterialien sind in Modern Plastic Encyclopedia, 1984-1985, Vol. 61, Nr. 10A, McGraw-Hill, New York, New York, offenbart.
Der erfindungsgemäße Verbundstoff kann in seiner einfachsten Form aus einem Plattenteil bestehen, das einen Verbundstoff aus einer Polymermatrix und kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem eine Dampfbarriere oder eine Dekorationsschicht bildenden Kunststoff- oder Metallfilm oder -blatt umfaßt. Der Film kann während des Herstellungs-Preßvorgangs auf die Platte gepreßt werden.
In Figur 1 ist eine Struktur 20 gezeigt, die sich besonders als Platte für das Innere von Flugzeugen eignet. Die Struktur 20 umfaßt mindestens eine Polymermatrix 24 mit von 10 bis 50 Gew.-% darin enthaltenen nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern 23. Die Struktur wird durch Zufuhr von Wärme und Anlegen von Druck erzeugt. An ihrer oberen Oberfläche ist ein Plastikfilm oder -blatt 22, vorzugsweise MYLAR , vorgesehen. Der Film kann günstigerweise mit einer Dekorationsprägung 21 versehen sein. Auf der anderen Seite der Matrix 24 kann ein Versteifungselement 25 vorgesehen sein, daß in Form eines Siebs, eines Gitters oder dgl. sein kann. Die Verwendung des Versteifungselements hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich des Harztyps, der Menge des Fasergehalts und der Umgebung, in der die Struktur verwendet wird. Ein wolleartiger Flaum 26 aus nicht-linearen und/oder linearen kohlenstoffhaltigen Fasern, der von einer Metallfolie oder einem Blatt 28 bedeckt ist, kann für eine zusätzliche Feuerblockierung sowie für Wärme- und Schallisolierung vorgesehen werden. Der Verbundstoff kann durch Einschließen des wolleartigen Flaums aus kohlenstoffhaltigen Fasern zwischen zwei Blätter eines Polymermaterials, Erhitzen der Blätter auf den Erweichungspunkt des Polymers und Behandeln des Verbundstoffs mit Druckkräften von etwa mehreren hundert bis mehreren tausend Pfund pro Quadratfuß, abhängig von der Dicke des erwünschten Verbundstoff s und der beabsichtigten Verwendung, hergestellt werden.
Die bevorzugten Polymerharze zur Herstellung von Flugzeugplattenstrukturen sind die kommerziellen Polyester wie etwa Polyethylen, das unter dem Warenzeichen KODEL 410, 411 und 431 (ein Warenzeichen von Eastman Chemical) von Eastman Chemical Products vertrieben wird, und DACRON 262 und 124W (ein Warenzeichen von E.I. du Pont De Nemours & Co., Inc.).
Die kohlenstoffhaltigen Fasern gemäß vorliegender Erfindung können mit anderen Polymerfasern vermengt werden. Beispiele der anderen verstärkenden und/oder leitfähigen Fasern, die verwendet werden können, umfassen andere kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlefasern, Baumwolle, Wolle, Polyester, Polyolefin, Nylon, Rayon, Asbest, Glasfasern, Fasern aus Siliciumoxid, Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Kaliumtitanat, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Bor, Acrylfasern, Tetrafluorethylenfasern, Polyamidfasern, Vinylfasern, Proteinfasern, Keramikfasern wie etwa Aluminiumsilicat und Oxidfasern wie etwa Boroxid, Thoriumoxid und Zirkoniumoxid.
Nachdem die Fasern oder Faseranordnungen erzeugt worden sind, kann man sie zur Herstellung verschiedener Verbundstrukturen im wesentlichen in jeder hergestellten Form in die Polymerharzmatrix einlagern. Die Faser/Polymer-Verbundstruktur gemäß vorliegender Erfindung kann z.B. in Form eines Blattes mit einer Dicke von 6 bis 12 mm oder eines dreidimensional geformten Gegenstands sein.
In dieser Erfindung sind viele Kombinationen von Verbundstoffen und Strukturen möglich. Die für eine spezifische Anwendung hergestellten Zusammensetzungen hängen von den durch den Endverbraucher gewünschten mechanischen Eigenschaften ab.
Die bei dieser Erfindung bevorzugten Fasern sind solche mit einer maximalen Dehung, einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 85 % und einem elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm.
Es ist vorteilhaft, wenn die Länge einzelner Fasern im Bereich von 0,5 bis 20 mm, vorzugsweise von 2 bis 10 mm ist. Wenn die Länge geringer als 0,5 mm ist, wird die Festigkeit des Verbundsstoffs aufgrund eines sehr kleinen Aspektverhältnisses (1/d) der Fasern auf ein unbefriedigendes Ausmaß verringert. Der Durchmesser der erfindungsgemäßen Kohlefasern ist vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 Mikron, besonders bevorzugt von 4 bis 12 Mikron.
Die Strukturen gemäß vorliegender Erfindung enthalten günstigerweise die kohlenstoffhaltigen Fasern entlang der gesamten Länge der äußeren Oberfläche der Platten. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß, wenn die Platten in direktem Kontakt mit Flammen sind, die Fasern aus der Platte herausgetrieben oder herausgestreckt werden und eine Flammenabschirmung bilden. Die Platte kann eine oder mehrere Lagen von gepreßten Verbundstoffen enthalten, die klebend oder durch eine weitere Preßformung zusammengefügt worden sind. An der Außenseite der Platte kann eine Schicht von wolleartigem Flaum oder Watte aus faserhaltigem Material als Schall- und Wärmebarriere angebracht sein oder damit in Verbindung stehen.
Die erfindungsgemäßen dreidimensional geformten Verbundstrukturen können unter Verwendung von in der Technik bekannten Standardpreßtechniken wesentlich einfacher als bisher hergestellt werden. Wenn die längeren, flexibleren kohlenstoffhaltigen Fasern gemäß vorliegender Erfindung in die thermoplastischen und thermofixierenden Harzsysteme eingelagert werden, erfolgt eine Verarbeitung der flexiblen Fasern in viel größeren Längen als bei traditionellen Kohle-Stapelfasern und demzufolge besitzt das Verbundmaterial höhere Festigkeiten bei äquivalenten Faseranteilen und die Fähigkeit sich in einem engeren Bogen (Formwinkel) als andere verstärkte Kohlenstoff-Verbundsysteme zu biegen. Man nimmt an, daß die spiralförmig oder sinusartig geformten kohlenstoffhaltigen Fasern eine verbesserte Verarbeitung der Fasern im Vergleich zu anderen geraden Fasern ermöglichen.
Abhängig vom speziellen Zweck, für den das erfindungsgemäße Verbundmaterial verwendet werden soll, kann der Verbundstoff, sofern erwünscht, Additive wie etwa Füllmittel, Pigmente, Feuerhemmstoffe, Biostabilisatoren (A), Lichtstabilisatoren und Antioxidantien enthalten. Spezifische Beispiele der obigen Additive sind Calciumcarbonat, Calciumsilicat, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Kohleschwarz und Titanoxid.

Beispiel 4

Gemäß der Prozedur von Beispiel 1 wurden ähnliche Tests an Platten durchgeführt, die eine Dicke von 3 bis 5 mm aufwiesen und gemäß den Angaben wie in der folgenden Tabelle gezeigt hergestellt waren. Tabelle Probe Nr. Probenzusammensetzung Zusammensetzung Bestanden oder versagt

Beispiel 5

Gemäß der Prozedur von Beispiel 1 wurde der Ohio State Brenntest durchgeführt, worin ein Standard-Schaumstoff, der wie in FAR 25.8953 Appendix F Teil 25 zur Polsterung in Flugzeugen verwendet wird, mit erfindungsgemäßen Platten bedeckt und einer direkten Flamme ausgesetzt.
Die Ergebnisse sind wie folgt: TABELLE Proben-Nr. Platte Ergebnisse Schaumstoff alleine NCF*/Glassieb/NCF* NCF*/FR Baumwolle/NCF* * 77 % NCF/23 % PEB ** 50 % NCF/20 % PEB/30 % PE *** 20 % NCF/20 % PEB/60 % PE
Gemäß vorliegender Erfindung wird auch ein leichter, flammenhemmender und flammenabschirmender oder -blockierender Stoffüberzug für Strukturen wie etwa Polymerschaum-Sitzkissen, Matratzenauskleidungen und dgl. vorgesehen. Ein solcher Überzug umfaßt ein Gemisch von 15 bis 75 Gew.-% an linearen und/oder nicht-linearen kohlenstoffhaltigen Fasern und eines Polymermaterials, vorzugsweise Polymerfasern. Die kohlenstoffhaltigen Fasern haben einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 65 %, einen elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10³ Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm. Der Stoffüberzug umfaßt günstigerweise ein inniges Gemisch eines geeigneten Polymerbinders, vorzugsweise eines Polyesters, und der kohlenstoffhaltigen Fasern. Es wurde gefunden, daß die nicht-linearen Fasern günstiger sind, da sie eine größere Porosität vorsehen, welche die Feuerausbreitung im Vergleich zu linearen kohlenstoffhaltigen Fasern hemmt.
Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, daß die kohlenstoffhaltigen Fasern bei inniger Vermischung mit einem Polyester für einen synergistischen Effekt hinsichtlich der feuerblockierenden und feuerhemmenden Eigenschaften des Stoffbezugs sorgen. Es wurde auch entdeckt, daß ein geschmolzener Polymerschaum wie etwa z.B. ein Urethanschaum aus einem Sitzkissen vom Überzug eingeschlossen war, sogar wenn dem überzogenen Kissen intensive Hitze und Flammen zugeführt wurden. Die erfindungsgemäße Stoffstruktur wird besonders zur Vermeidung der Seitenausbreitung von Feuer verwendet.
Die im Überzug verwendeten Polymerbinder umfassen beliebige gebräuchlich verwendete thermische Bindefasern, wie etwa KODEL 410 (ein Warenzeichen von Eastman Chemical), ein Polyethylenbinder mit einem Fließpunkt von 8 Denier bei 88ºC, DACRON D171W (ein Warenzeichen von E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc.), PRIMACOR 400 (ein Warenzeichen von The Dow Chemical Company) für niederschmelzende Polyethylen-Acrylsäure-Copolymerfasern und dgl.. Erfindungsgemäße Polymerbinder besitzen im allgemeinen eine Schmelztemperatur von weniger als etwa 250ºF.

Beispiel 6

Gemäß den von der FFA zugelassenen "Airline Fabricare Flame Blocking Test Procedures" vom 9. Januar 1985 wurden Entflammbarkeitstests durchgeführt.
Um diesen Test zu bestehen, darf der mittlere prozentuale Gewichtsverlust nicht 10 % übersteigen, die Verkohlungslänge (Durchbrennen) muß geringer als 17 (34 cm) sein, und mindestens 2 der 3 Proben müssen die Tests in jeder Beziehung bestehen.
A. Ein Standard-HR-Feuerfest-Urethanschaum mit einer Dichte von 1(6 lb/ft³ (25,6 kg/m³) wurde mit einer Standardblockierungsschicht 4 oz/yd² (0,136 kg/m²) und einem nichtgewebten Stoff überzogen, der aus 20 % kohlenstoffhaltigen Fasern und 80 % Polyesterbinder, zusammengesetzt aus hochschmelzendem Polyesterbinder und niederschmelzendem Polyesterbinder in einem Verhältnis von 3 : 1, bestand. Die Kissen wurden für 24 Stunden konditioniert und die Flammen wurden für 2 Minuten eingesetzt. Test Gewicht von Kissen und Überzug in lb (kg) Gew.-%-Verlust von Kissen und Überzug Verkohlungslänge in Zoll (cm) B. Ergebnisse eines vertikalen Brenntests Stoffüberzug Blockierungsschicht +Brenndauer (Sek) Brennlänge in cm Brennzeit Brennlänge Test Mittelwert

Schlußfolgerungen

Alle Proben bestanden den Test.

Claims

1. Feuerhemmende und feuerblockierende Struktur, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und nicht- entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm und worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im Gemisch in einem Anteil von mindestens 7,5 % vorhanden sind.

2. Struktur nach Anspruch 1, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern lineare Fasern sind und mindestens 15 % des Gemisches bilden.

3. Struktur nach Anspruch 1, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht-linear, flexibel, die Gestalt verformend und dehnbar sind und ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1 und ein Aspektverhältnis von mehr als 10 : 1 besitzen.

4. Struktur nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern in Form eines wolleartigen Flaums oder einer Watte sind und eine Massendichte von 6,4 bis 96 kg/m³ besitzen.

5. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern aus stabilisierten polymeren Vorstufenfasern oder Fasern auf Pechbasis mit einem Durchmesser von 4 bis 25 Mikron stammen.

6. Struktur nach Anspruch 5, worin die Vorstufenfasern aus Acrylnitril-Homopolymeren, Acrylnitril-Copolymeren oder Acrylnitril-Terpolymeren ausgewählt sind, worin die Copolymere und Terpolymere mindestens 85 Mol-% Acryleinheiten und bis zu 15 Mol-% von einer oder mehreren mit einem anderen Polymer copolymerisierten Monovinyleinheiten enthalten.

7. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Polymermaterial Naturfasern, ausgewählt aus Baumwolle, Wolle, Flachs, Seide und Gemischen davon, oder synthetische Fasern, ausgewählt aus Cellulose, Polyester, Polyolefin, Aramid, Acryl, Fluorcarbonplast, Polyamid, Polyvinylalkohol oder Gemischen davon, umfaßt.

8. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht elektrisch leitfähig sind oder keine elektrostatischen Ableitungseigenschaften besitzen, wobei die Fasern einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, aber weniger als 85 %, einen elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm besitzen.

9. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern eine geringe elektrische Leitfähigkeit und geringe elektrostatische Ableitungseigenschaften haben und einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, aber weniger als 85 % und einen elektrischen Widerstand von 4 x 10&sup6; bis 4 x 10³ Ohm/cm besitzen.

10. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern elektrisch leitfähig sind und einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 85 %, einen Stickstoffgehalt von weniger als 5 %, einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10&supmin;¹ Ohm/cm besitzen.

11. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Polymermaterial ein thermoplastischer Binder mit einer Erweichungstemperatur von weniger als 450ºC ist und das Gemisch von 25 bis 75 % der kohlenstoffhaltigen Fasern umfaßt.

12. Struktur nach Anspruch 11, worin der Polymerbinder aus Polyolefinen, PVC oder Polyestern ausgewählt ist.

13. Überzug für eine polymere Schaumstoffstruktur, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 15 bis 75 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm.

14. Gewebter oder nicht-gewebter Stoff, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 40 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %.

15. Kleidungsgegenstand, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 20 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40, einem spezifischen Widerstand von mehr als 10&supmin;¹ Ohm/cm und einem elektrischen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm.

16. Feuerabschirmung, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und von 7,5 bis 80 % nicht-entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %.

17. Feuerhemmende und feuerblockierende Struktur, umfassend ein Gemisch eines Polymermaterials und kohlenstoffhaltiger Fasern, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im wesentlichen graphitisch sind, irreversibel heißfixiert, nicht-linear, flexibel, die Gestalt verformend und dehnbar sind, ein reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1, ein Aspektverhältnis von mehr als 10 : 1, einen LOI-Wert von mehr als 40, einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10&supmin;¹ Ohm/cm besitzen und worin die kohlenstoffhaltigen Fasern im Gemisch in einem Anteil von mehr als 20 % vorhanden sind.

18. Feuerblockierende Platte, umfassend einen druckgeformten Verbundstoff aus einer thermoplastischen oder thermofixierenden Harzmatrix, umfassend von 10 bis 95 Gew.-% nicht-entflammbare, im wesentlichen irreversibel heißfixierte, kohlenstoffhaltige Fasern mit einem LOI-Wert von mehr als 40 und einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %.

19. Plattenstruktur nach Anspruch 18, worin die Fasern nicht-linear, flexibel, die Gestalt verformend und dehnbar sind und reversibles Auslenkungsverhältnis von mehr als 1,2 : 1 und ein Aspektverhältnis von mehr als 10 : 1 besitzen, worin die Fasern vor dem Pressen in Form einer Watte oder eines wolleartigen Flaums sind.

20. Platte nach Anspruch 19, umfassend eine Schicht aus Schall- und Wärmeisolierung auf mindestens einer Oberfläche der Platte, wobei die Isolierung eine Watte der kohlenstoffhaltigen Fasern umfaßt.

21. Platte nach Anspruch 18, 19 oder 20, einschließlich eines an mindestens einer Oberfläche der Platte angebrachten Films oder Blatts eines Polymermaterials.

22. Verfahren zur Herstellung einer Feuerabschirmung für ein Strukturteil, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Schicht eines innigen Gemisches aus einem Polymermaterial und mindestens 7,5 % nicht- entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, einem Stickstoffgehalt von 5 bis 35 % und einem LOI-Wert von mehr als 40.

23. Verfahren nach Anspruch 22, umfassend den Schritt des Legens der Schicht zwischen ein Paar Strukturteile.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern linear sind und mindestens 15 % des Gemisches bilden.

25. Verfahren zur Verbesserung der feuerhemmenden und feuerblockierenden Eigenschaften eines Faserkabels, umfassend das Einmischen von mindestens 7,5 % nicht- entflammbaren, im wesentlichen irreversibel heißfixierten, kohlenstoffhaltigen Fasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 %, einem Stickstoffgehalt von 5 bis 35 % und einem LOI-Wert von mehr als 40 in das Faserkabel.

26. Verfahren nach Anspruch 25, worin die kohlenstoffhaltigen Fasern nicht-linear sind und aus stabilisierten Acrylfasern stammen.