DE69018802T2

DE69018802T2 - Polyaramidfaserdaune.

Info

Publication number: DE69018802T2
Application number: DE69018802T
Authority: DE
Inventors: Thomas Irvin Bair
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-01-02
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: JP2883451B2; EP0436227B1; JPH04214406A; EP0436227A1; CA2032790C; US4957794A; CA2032790A1; DE69018802D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Flauschbällchen aus Aramid-Fasern, die eine extrem niedrige Dichte besitzen. Das erfindungsgemäße Flauschbällchen-Produkt ist aufgrund seiner sehr hohen Absorptionsfähigkeit, Elastizität, Hitze- und Flammfestigkeit, Isoliereigenschaften und dergleichen nützlich.

Beschreibung des Technikstandes

Die U.S.-Patentschrift Nr. 4 794 038, ausgegeben am 27. Dezember 1988, beschreibt Bällchen aus Polyester-Materialien und die Herstellung solcher Bällchen. Die Patentschrift beschreibt die Notwenigkeit einer Verwendung von Polyesterfasern mit einer spiraligen Kräuselung und die Herstellung von Bällchen durch wiederholtes Schleudern der Fasern mit Spiralkräuselung durch die Luft gegen die Wand eines Gefäßes.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt eine Aramid-Faser mit einer gedehnten Länge von 0,4 bis 3,0 cm bereit, die wenigstens zwei Kräuselungen entlang ihrer Länge aufweist, die aus der Ebene herausragen, und eine Masse aus solchen Fasern, die eine solche Kräuselung sowie eine Dichte von weniger als 0,08 g/cc bei einer Last von 0,26 N/cm² (0,37 psi) besitzen.
Die Fasern in dem erfindungsgemäßen Flausch sind vorzugsweise nicht fibrilliert, besitzen eine spezifische Oberfläche, die der spezifischen Oberfläche ungekräuselter Stapelfasern vor der Flauschbildung entspricht (etwa 0,1 bis 0,4 m²/g).
Die Erfindung stellt einen Flausch aus Aramid-Fasern bereit, worin die Dichte unter einer Last von 0,26 N/cm² weniger als 0,08 g/cc beträgt und worin sich in dem Flausch eingeschlossen distinkte Bällchen aus Aramid-Fasern befinden, die einen Durchmesser von weniger als 10 mm und üblicherweise von 5 mm besitzen. Es sind 1 bis 25 Bällchen pro mg Flausch vorhanden.
Ferner werden Strukturen einschließlich von Kombination des Aramid-Flausches mit Zusatzstoffen und Bindemitteln verschiedener Sorten, wie Fibride oder thermoplastische Fasern, bereitgestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Figuren 1 bis 5 stellen Photographien des erfindungsgemäßen Flausches bei verschiedenen Graden der Bällchenbildung dar. Um einen Einblick in die Größe bereitzustellen, umfassen die Figuren jeweils eine Skala, die die Zentimeter angibt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Fasern werden aus Aramiden hergestellt. Eine Masse solcher Fasern wird als Flausch bezeichnet. "Aramid" bedeutet Polyamid, worin wenigstens 85 % der Amid (- -NH)-Verknüpfungen direkt an zwei aromatische Ringe angeknüpft sind. Geeignete Aramid-Fasern sind beschrieben in Man-Made-Fibers - Science and Technology, Bd. 2, in dem Abschnitt mit dem Titel Fiber-Forming Aromatic Polyamides, S. 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968. Aramid-Fasern sind ferner beschrieben in den U.S.-Patentschriften 4 172 938, 3 869 429, 3 819 587, 3 673 143, 3 354 127 und 3 094 511.
Additive können mit dem Aramid verwendet werden, und tatsächlich wurde gefunden, daß bis zu soviel wie 10 Gew.-% eines weiteren Polymermaterials mit dem Aramid vermischt werden können oder daß Copolymere verwendet werden können, die soviel wie 10 % eines weiteren Diamins als Ersatz für das Diamin des Aramids oder soviel wie 10 % eines weiteren Disäurechlorids als Ersatz für das Disäurechlorid des Aramids aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Fasern sind etwa 0,4 bis etwa 3 cm lang. Es wurde gefunden, daß Fasern einer Länge von weniger als 0,4 cm nicht richtig gekräuselt werden können und darum nicht die geeigneten Flauschgualitäten aufweisen. Was die obere Grenze betrifft, so wurde gefunden, daß Fasern, die länger sind als etwa 3 cm, sich zu seilartigen Strukturen verschlingen und nicht in der richtigen Weise verarbeitet werden können. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Faserlängen betragen etwa 0,5 bis etwa 2,0 cm, da innerhalb dieses Bereiches das Kräuseln der einzelnen Faser anscheinend leicht und wirksam durchgeführt wird und das Flauschprodukt eine gleichmäßige und überraschend niedrige Dichte zeigt.
Der Durchmesser der Fasern wird im allgemeinen als lineare Dichte, bezeichnet als Denier oder dtex, ausgedrückt. Das Denier der Fasern, die zur erfindungsgemäßen Anwendung verwendbar sind, beträgt etwa 0,5 bis 5 den (0,51 bis 5,5 dtex) oder ist vielleicht etwas höher. Für eine gegebene Reihe von Bedingungen ergeben Fasern mit höherem Denier Flausch mit weniger und größeren Flauschbällchen. Bei einem sehr hohen Denier, wie etwa 10 den (11 dtex) wird der Flausch unerwünscht starr und drahtartig und verliert seine Absorptionsfähigkeit und Elastizität. Jedoch kann der Flausch aus Fasern mit hohem Denier in Isoliermatten und Filtermedien und dergleichen Anwendung finden.
Der erfindungsgemäße Flausch wird im allgemeinen aus Fasern hergestellt, die unter Anwendung des sogenannten Luftspalt- Spinnverfahrens ersponnen worden sind. Es ist möglich, daß Fasern, die anderweitig hergestellt worden sind, verwendet werden könnten, solange sie widerstandsfähig genug sind, unter den Kräften der Kräuselung nicht zu brechen oder zu fibrillieren und so lange sie ausreichend orientiert und kristallisiert sind, um nicht in der Kräuselmühle beträchtlich gedehnt zu werden. Beispielsweise könnten Aramide, wie in der U.S.-Patentschrift 3 819 587 gelehrt, naßgesponnen werden. Solche Fasern werden zweckmäßigerweise mit hoher Orientierung und Kristallisation ersponnen und können wie ersponnen verwendet werden. Fasern, die aus isotropen Spinnlösungen ersponnen und zur Entwicklung einer Orientierung und Kristallisation gestreckt worden sind, wie gelehrt in der U.S.-Patentschrift 3 673 143, sind ebenfalls geeignet. Das Luftspalt-(Trockendüsen)-Spinnen ist so, wie in der U.S. 3 767 756 gelehrt. Das Trockenspinnen mit anschließendem Strecken zur Entwicklung von Orientierung und Kristallinität, wie gelehrt in der U.S. 3 094 511, ist ein weiteres geeignetes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ausgangsfasern.
Die Aramid-Fasern werden zu Endlosgarn gesponnen, und das Garn wird zur erfindungsgemäßen Weiterverarbeitung auf die gewünschte Länge zurechtgeschnitten. Die geschnittenen Fasern, als Stapel bekannt, zeigen eine spezifische Oberfläche von etwa 0,2 m²/g und eine Schüttdichte von etwa 0,2 bis 0,3 g/cc. Der Stapel wird sodann der Wirkung einer Turbulenzluft-Mahlmühle unterworfen, die eine Vielzahl von radial angeordneten Mahlkammern aufweist, die dicke Klingen mit im wesentlichen flachen Oberflächen umfassen, die weiter voneinander beabstandet sind als die Dicke der Fasern und mit einem Mantel-Stator mit erhöhten Rippen umgeben sind, wobei der Spalt zwischen den Rippen und flachen Oberflächen der Klingen etwa 0,5 bis 4 mil (0,013 bis 0,102 mm) breit ist. Die Wirkung der Schärfe der Mantelrippen und der Klingenkanten wurde noch nicht untersucht, jedoch wird angenommen, daß ein Flausch mit Flauschbällchen in größerer Anzahl und kleinerer Größe erhalten wird, wenn diese Rippen und Kanten schärfer sind.
Eine Ultrarotor-Mühle, Modell III, wie sie von Jackering GmbH & Co.KG, West Germany, verkauft wird, ist zur Verwendung in der Praxis der Erfindung geeignet. Die Mühle enthält eine Vielzahl von Mahlkammern (d.h. Klingen), die auf einem Rotor in einem einzigen zylindrischen umgebenden Stator mit gerippten Wänden, die allen Mahlkammern gemeinsam sind, angeordnet sind. Die Mühle besitzt einen Schwerkrafteinlaß, der zu dem unteren Abschnitt des Rotors führt. Ferner sind drei Lüftungen gleichmäßig am Boden der zylindrischen Oberfläche verteilt. Ein Auslaß befindet sich am oberen Teil des umgebenden Stators. Eine ausführliche Beschreibung einer ähnlichen Mühle erfolgt in der U.S.-Patentschrift Nr. 4 747 550, ausgegeben am 31. Mai 1988.
Es wird angenommen, daß die Fasern von den Klingen der Mahlmaschine getroffen und an den Kontaktpunkten gekräuselt werden. Wenn eine einzelne Faser mehrmals getroffen und demgemäß gekräuselt worden ist, wird angenommen, daß sich die Faser zu diesem Zeitpunkt zu einem kleinen Bällchen zu formen beginnt. Ein wichtiges Element der Erfindung und ein Element, das, wie angenommen wird, die erfindungsgemäßen Fasern patentierbar macht, ist die Tatsache, daß die Fasern in statistischen Winkeln um die Faserachse gekräuselt werden und so erreicht wird, daß es dreidimensionale Körper werden, die sich leicht mit den benachbarten gekräuselten Fasern verschlingen. Ferner ist es wichtig, daß die Fasern während des Kräuselns nicht deutlich fibrilliert werden. Die spezifische Oberfläche der erfindungsgemäßen gekräuselten Fasern ist im wesentlichen dieselbe wie die spezifische Oberfläche des Stapelfaser-Ausgangsmaterials. Zu Vergleichszwecken wird angemerkt, daß die spezifische Oberfläche des Aramid-Stapels und des erfindungsgemäßen Flauschproduktes etwa 0,2 mm²/g beträgt, und die spezifische Oberfläche von mikrofibrillarer Pulpe, hergestellt durch Raffinieren dieses Aramid-Stapels, ist im allgemeinen größer als 5 und oft so groß wie 10 m²/g.
In der Praxis der Erfindung nimmt die Dichte des Stapel- Ausgangsmaterials ab, wenn der Stapel geöffnet und gekräuselt wird. Die Dichte nimmt dann zu, wenn die Anzahl der Flauschbällchen zunimmt und die Größe der Flauschbällchen abnimmt. Es wird angenommen, daß die Kräuselung zu einer Abnahme der Dichte führt, und daß die Bildung der Flauschbällchen zu einer Zunahme der Dichte führt. Kontinuierliches Mahlen nach dem Kräuseln der Fasern führt zu einer verstärkten Bildung von Flauschbällchen und einer größeren Dichte. Um die verstärkte Bildung von Flauschbällchen unter verstärktem Mahlen zu beobachten, sollen die verschiedenen Figuren betrachtet werden. Fig. 1 stellt nur einen einzigen Weg durch die Mühle dar, während die Figuren 2, 3, 4 und 5 3, 5, 7 bzw. 9 Durchgänge durch die Mühle darstellen. Nach jedem Durchgang scheinen die Flauschbällchen mehr Flausch zu umfassen und etwas kompakter zu sein.
Es wurde sichergestellt, daß jeder Flausch einer Dichte von weniger als 0,08 g/cc geeignet ist, gleich ob er Flauschbällchen enthält oder nicht. Ferner wurde sichergestellt, daß der Flausch, der eine Dichte von weniger als 0,06 g/cc aufweist, für Isolier- und Absorptionsanwendung besonders geeignet ist. Flausch, der eine große Anzahl von Flauschbällchen enthält und eine Dichte von mehr als 0,06 g/cc aufweist, ist besonders für Polsteranwendungen geeignet, bei denen Elastizität und Wiederaufbauschbarkeit wichtig sind. Je größer der Prozentsatz des Fasermaterials ist, der zu Flauschbällchen verschlungen worden ist, desto wiederaufbauschbarer wird die Masse. Der erfindungsgemäße Flausch kann als Aramid-Faserprodukt identifiziert werden, das eine Dichte von weniger als 0,08 g/cc aufweist und wenigstens ein Flauschbällchen pro Milligramm Flausch enthält. Das Vorhandensein von Flauschbällchen fördert die pneumatische Beförderung der Masse und garantiert, daß eine Majorität der Fasern eine Kräuselung aus der Ebene heraus aufweist.
Während es schwierig ist, mit Genauigkeit die Menge an Energie zu bestimmen, die zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Faserbällchen verwendet wird, wurde gefunden, daß jedes Mal, wenn die Mühle durchlaufen wird, mehr Flauschbällchen in einer Materialmasse vorhanden sind. Je öfter die Mühle durchlaufen wird, um so mehr Flauschbällchen sind vorhanden und um so kleiner sind die Flauschbällchen.
Der erfindungsgemäße Flausch ist für eine umfangreiche Palette von Produkten geeignet, einschließlich von Filtermedien, Hochtemperaturisolierung, elastischem Füllmaterial, Absorptionsanwendungen, Feuerschutz und Verstärkung, als einige Beispiele. Der stark geballte Flausch wird für Elastizitätsanwendungen bevorzugt, wie für flammfeste Polsterungsanwendungen, und der Flausch mit nahezu minimaler Dichte wird für Isolier- und Absorptionsanwendungen bevorzugt.
Der Flausch kann mit weiteren Materialien entweder vor oder nach dem Bauschverfahren kombiniert werden, um die Vorteile der anderen Materialien zusammen mit den Vorteilen des erfindungsgemäßen Flausches zu erhalten. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Flausch mit Fibrid-Bindematerial kombiniert werden. Die U.S.-Patentschrift 2 999 788 enthält eine Beschreibung der geeigneten Fibrid-Materialien. Geeignete Fibrid-Bindematerialien sind im allgemeinen Aramide und können insbesondere Poly(m-phenylenisophthalamid) und Poly(p-phenylenterephthalamid) sowie Copolymere einschließlich der Komponenten dieser Polymeren und dergleichen sein. Selbsthaftende Blattstrukturen mit geeigneten Filtrations-, Feuerblockierungs-, Docht- und Isoliereigenschaften werden hergestellt durch Naßlegen einer gut gemischten Aufschlämmung von Fibriden und des erfindungsgemäßen Flausches. Der Prozentsatz an Fibriden ist hinsichtlich der Dichte, Flexibilität und Festigkeit des erhaltenen Blattes wichtig. Blätter mit weniger als etwa 1 % Fibriden weisen so, wie sie hergestellt werden, eine ungenügende Cohäsion auf, um praktisch gehandhabt zu werden. Vorzugsweise wird wenigstens etwa 3 % Fibridmaterial verwendet, um leicht handhabbare Blätter zu erhalten. Blätter, die mehr als etwa 50 % Fibride enthalten, sind brettartig und besitzen eine geringe Luftdurchlässigkeit, was sie für Isolier- und Filtrationsanwendungen schlecht geeignet macht. Vorzugsweise beträgt die Fibrid-Konzentration weniger als etwa 30 %, um Blätter mit besserer Isolierung, Durchlässigkeit und Absorption zu ergeben. Kleine einzelne naßgelegte Blätter können hergestellt werden, indem das Gemisch aus Fibrid/Flausch auf einem Sieb abgelagert wird. Ein kontinuierliches Walzengut wird hergestellt unter Anwendung einer Foudrinier-Papiermaschine oder vorzugsweise unter Anwendung einer Tiefdruckmaschine. Besonders bevorzugte Strukturen zur Isolierung und zum Feuerschutz werden auf einer Tiefdruckmaschine hergestellt und auf einem Durchlauftrockner getrocknet, wie er beispielsweise von Honeycomb Systems, Inc., Biddeford, Maine, USA, verkauft wird. Durchlauftrocknen oder Trocknen bei Umgebungsbedingungen wird gegenüber den Heißwalzen bevorzugt, so daß eine hohe Porosität, Durchlässigkeit sowie niedrige Dichte beibehalten werden.
Als weiteres Beispiel kann der Aramid-Flausch mit einem thermoplastischen Stapel oder mit kurzfaseriger Pulpe vermischt und naß- oder trockengelegt und anschließend thermisch gebunden werden, um eine durchlässige Matte mit geringem Gewicht und niedriger Dichte herzustellen. In einer solchen Materialkombination sollte der Aramid-Faserflausch wenigstens 20 Gew.-% ausmachen, und die thermoplastischen Fasern sollten nicht mehr als 80 Gew.-% des Produktes ausmachen. Es wird bevorzugt, daß der Aramid-Faserflausch 20 bis 80 Gew.-% des Produktes ausmachen sollte. Eine solche Matte ist für Filtrations-, Isolier- und Feuerschutzanwendungen geeignet. Gegebenenfalls kann die nichtgebundene Matte um geometrisch gekrümmte Formen, wie Halbkreise oder Zylinder, geschlungen werden, um geformte Strukturen zu bilden, die beispielsweise als Heißgasfilter geeignet sind. Ferner kann der thermoplastische Stapel durch die Mühle gegeben werden, um vor dem Mischen mit dem erfindungsgemäßen Aramid-Flausch einen thermoplastischen Flausch zu bilden, und er kann wie vorstehend zu Matten geformt werden. Solchen Matten besitzen nach dem thermischen Binden eine sehr hohe Luftdurchlässigkeit und sind besonders als Fitrier-Flächengebilde geeignet, wo ein hoher Luftstrom gewünscht ist. Gegebenenfalls können der Aramid-Ausgangsstapel und der thermoplastische Ausgangsstapel kombiniert und zusammen durch die Mühle gegeben werden, um gut gemischte Flauschgemische bereitzustellen, die durch Naß- oder Trockenlegeverfahren zu den geeigneten Matten geformt werden können.
Das erfindungsgemäße Flauschbällchen wird anhand der Dichte, Absorptionsfähigkeit, Kompression unter Belastung der speziellen Flauschbällchen-Anzahl und der Größe sowie durch Feuer- und Hitze-Tests bewertet. Die Testverfahren für solche Bewertungen sind nachstehend aufgeführt.
Die Dichte des erfindungsgemäßen Flaüschbällchens wird als Funktion des Druckes bestimmt, der während des Tests auf den Faserflausch ausgeübt wird. Zur Bestimmung der Dichte wird ein bekanntes Gewicht des Faserflausches einem bekannten Druck ausgesetzt, und das Volumen des Flausches wird bestimmt.
Für die hier angegebenen Dichten wurde ein Außenzylinder mit einem Innendurchmesser von 6,9 cm und einer Länge von etwa 10 in. auf seinem Ende als Flauschreservoir aufgestellt. Ein Innenzylinder mit einem Außendurchmesser von etwa 6,35 cm (2 ½ in.) und einer Platte von 6,83 cm (2 11/16 in. Durchmesser), die auf dem Bodenende fest montiert war, wurde als Plungerkolben im Inneren des Außenzylinders verwendet. Die Platte besaß eine Fläche von 36,17 cm² (5,7 in²).
Zur Durchführung des Tests werden etwa 11,0 g Flausch in den Außenzylinder gegeben, und der Innenzylinder wird über dem Flausch an Ort und Stelle angeordnet. An den Außenzylinder wird kräftig geklopft, bis die Innensäule sich nicht mehr weiter absetzt. Die Höhe des Flausches in der Säule wird gemessen und die Dichte berechnet. Die Gewichte können in den Innenzylinder gegeben werden, um die Dichte als Funktion verschiedener Drücke zu bestimmen. Ein Druck von 0,26 N/cm² (0,37 psi) wurde als Standarddruck für die Zwecke der Beschreibung der Erfindung herangezogen. Ein solcher Druck erfordert, daß das Gesamtgewicht des Innenzylinders 2,12 Pfund (965 g) sein muß.
Dichte (g/cc) = g, Faser/(37,4 cm²)(Faserhöhe, cm)
Flächengewicht. Das Flächengewicht eines faserigen Artikels wird unter Umgebungsbedingungen erhalten, indem ein rechteckiger oder quadratischer Abschnitt von der Probe abgeschnitten wird, der Seitenkanten von nicht kleiner als 7,62 cm (3 in.) und nicht größer als 25,4 cm (10 in.) aufweist. Der Abschnitt wird gewogen, und das Flächengewicht wird in Unzen/Squareyard berechnet. Die Dichte eines faserigen Artikels wird unter Anwendung des Flächengewichtes und der Probendicke bestimmt.
Spezifische Oberfläche. Die spezifische Oberfläche des Flausches wurde anhand der Stickstoff-Adsorption durch das Verfahren von Baunner, Emmet und Teller (BET) unter Anwendung eines Oberflächen-Porenvolumen-Analysators, Modell 2100, verkauft von Micromeritics Instruments Corp., Norcross, Georgia, USA, bestimmt. Der Flausch wurde für den Test konditioniert, indem er einem Vakuum von weniger als 0,1 Torr etwa 16 Stunden bei etwa 80 ºC ausgesetzt wurde.
Luftdurchlässigkeit. Die Luftdurchlässigkeit eines faserigen Artikels wird unter Umgebungsbedingung bestimmt, indem eine Permeabilitätsmeßvorrichtung für ein Flächengebilde, verkauft von Frazier Precision Instrument Co., Gaitherburg, Maryland, USA, verwendet wird. Bei der Durchführung des Tests werden Messungen des Luftstromes vorgenommen, indem ein Wasser-Druckunterschied von etwa 1,27 cm (0,5 in.) an 5 verschiedenen Bereichen der Proben angewendet und aus den Messungen der Durchschnitt gebildet wird.
Filtrationswirksamkeit. Die Filtrationswirksamkeit wird bestimmt, indem ein Aerosol erzeugt und die Wirksamkeit bestimmt wird, indem über das getestete Filtermedium filtriert werden kann.
Für die Zwecke dieses Tests wird das Aerosol aus Polyethylenglycol (400 MW) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 1 um und einer Konzentration von etwa 0,8 g pro Standard-Kubikfuß (0,02 g/dm³) erzeugt Eine Laskin-Düse wird zur Erzeugung des Aerosols verwendet. Laskin-Düsen sind beschrieben in "Studies of Portable Air- Operated Aerosol Generators", Echols und Young, NRL-Bericht 5929 (Juli 1963). Die Verwendung von Laskin-Düsen wird beschrieben in American Industrial Hygine Association Journal, Hinds, Macher und First, Bd. 44, Juli 1983, Ss. 495-500. Zur Durchführung des Tests wird das Aerosol durch ein Rohr mit einer Geschwindigkeit von 41,0 dm³ (1,4 Standard-Kubikfuß) pro Minute und durch ein Filter von 20,25 cm² (3,14 in²) geleitet, der in dem Weg des Aerosols angeordnet wurde. Vor und nach dem Filter wurden im Verlauf eines Zeitraums von 30 Minuten Proben entnommen. Die Wirksamkeit wird wie folgt berechnet:
Wirksamkeit (%) = (Einlaß-Konz. - Auslaß-Konz.) x 100/ Einlaß-Konz.
Flauschbällchen-Anzahl und -Größe. Zur Bestimmung der Flauschbällchen-Anzahl und Bällchengröße wird die Anzahl der Flauschbällchen in einer kleinen Probe genau gezählt und gemessen.
Eine kleine abgewogene Portion Flausch wird dünn auf einem kleinen (75 mm x 50 mm) Mikroskop-Objektträger ausgebreitet und vorsichtig mit einem zweiten Objektträger bedeckt. Von dem Flausch wird eine Fotografie mit einer zweckmäßigen Vergrößerung erstellt, und die Flauschbällchen werden gezählt und der Größe nach geordnet. Eine vorschriftsmäßig belichtete Fotografie führt dazu, daß die Flauschbällchen im Dunkelkontrast gegenüber den nichtgeballten Fasern gezeigt werden. Die Figuren sind Beispiele für dieses Verfahren.
Thermisches Schutzverhalten (TPP). Das thermische Schutzverhalten ist ein Maß für die Wärmeübertragung durch ein Flächengebilde unter bestimmten Bedingungen, um den Grad des Schutzes zu bestimmen, der gegen Brände von dem Flächengebilde bereitgestellt wird. Der Test wird gemäß ASTM D 4108 durchgeführt, wie beschrieben in Kapitel 5 von NFPA 1971 Standard on Protective Clothing für Structural Fire Fighting (Ausgabe 1986).
Thermische Beständigkeit. Der thermische Beständigkeitstest ist ein Maß für die Wärmeübertragung durch flache Probenkörper und wird gemäß ASTM C 518-85 durchgeführt. Die für die Tests verwendete Testvorrichtung, die in dieser Beschreibung aufgeführt ist, war ein Dynatech-Rapid-k-Gerät, verkauft von Holommetrics, Inc., Cambridge, Massachusetts, USA.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

BEISPIEL 1

In diesem Beispiel wurde eine käuflich erhältliche Aramid- Faser zu Flausch und den erfindungsgemäßen Flauschbällchen verarbeitet. Poly(p-phenylenterephthalamid)-Stapel einer Länge von 0,625 cm und einem Denier von 1,5 den (1,65 dtex) wurde durch eine Mehrstufen-Rotormühle, betrieben bei 1 200 upm, mit einer lichten Weite von 0,5 bis 1 mm gegeben. Das Aramid-Faserprodukt wurde als Kevlar T-790 identifiziert, verkauft von E.I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, DE, und wurde mit einer Rate von 4 Kräuselungen pro Inch (1 in. = 2,54 cm) vorgekräuselt. Die Mühle war ein Ultra-Rotor, Modell III, verkauft von Jackering GmbH & Co.KG, West-Germany.
Bei der Verarbeitung der Fasern wurden alle Lüftungen der Mühle geschlossen, und die Fasern durchliefen stufenweise den Cyclus durch die Mühle. Nach den gewählten Durchläufen wurden Dichte, Flauschbällchen-Anzahl und die durchschnittliche Flauschbällchen-Größe bestimmt. Die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in den Figuren 1-5 gezeigt und in Tabelle I aufgeführt. Tabelle I Durchlauf Dichte* (g/cc) Bällchenanzahl (Bällchen/mg) Ballgröße (mm) * Dichte, bestimmt bei 0,37 Pfund pro Squareinch (0,26 N/cm²)

BEISPIEL 2

In diesem Beispiel wurde Aramid-Faser derselben Länge und desselben Deniers, wie in Beispiel 1 verwendet, jedoch ohne die Vorkräuselung, durch dieselbe Mehrstufen-Rotormühle, wie in Beispiel verwendet, mit denselben Einstellungen, gegeben. Nach nur einem Durchlauf besaß der Flausch eine Dichte von 0,047 g/cc, und es waren 8,2 Flauschbällchen pro mg Flausch vorhanden. Die spezifische Oberfläche des Flausches betrug 1,6 m²/g im Vergleich zu 0,2 m²/g für den nichtgebauschten Stapel. Es kann angemerkt werden, daß die spezifische Oberfläche von Pulpe, hergestellt aus dem gleichen Fasermaterial, etwa 8,5 m²/g beträgt.
Für einen Absorptionstest wurden Portionen von 18,0 des Flausches aus diesem Beispiel in Socken aus porösem nichtgewebtem Stoff, etwa 3 in. im Durchmesser und 6 in. lang, gestopft. In einigen Socken wurde der Flausch ohne einen Zusatz verwendet, und in einigen Socken wurde der Flausch mit einer verdünnten Lösung eines amphoteren Netzmittels, bekannt als "Miranol CP 2N", verkauft von Miranol, Inc., Dayton, New Jersey, behandelt und anschließend getrocknet. Diese Socken wurden verwendet, um die Absorptionsfähigkeit für mehrere Flüssigkeiten zu bestimmen. Socken ohne Zusatz in dem Flausch absorbierten 261 g Öl und 111 g Wasser. Socken mit dem behandelten Flausch absorbierten 240 g einer 20%igen Natriumhydroxidlösung, 264 g 40%ige Schwefelsäure, 216 g Wasser und etwa dieselbe Menge Öl, wie sie unter Verwendung des unbehandelten Flausches absorbiert worden war.
Zum Vergleich wurde gefunden, daß Socken, gestopft mit einer käuflich erhältlichen Polyolefin-Absorptionsfaser wie "Tywik", verkauft von E.I. du Pont de Nemours & Co., höchstens das 10fache ihres Gewichtes an Wasser absorbierten, während die Socken, die mit dem erfindungsgemäßen Flausch gestopft waren, wenigstens das 12fache ihres Gewichtes absorbierten.
Es wird angemerkt, daß die absorbierte Flüssigkeit aus den erfindungsgemäßen Socken ausgedrückt werden kann und die Socken wiederholt verwendet werden können, während die mit anderen Absorptionsmaterialien gefüllten Socken keine ausreichende Absorptionsfähigkeit mehr zurückgewinnen, nachdem die absorbierte Flüssigkeit entfernt worden ist, so daß sie wiederholt verwendbar sind. Socken, die mit dem erfindungsgemäßen Flausch gefüllt sind, gewinnen die Absorptionsfähigkeit wieder, da der erfindungsgemäße Flausch so elastisch ist, daß er zu seiner ursprünglichen Flauschqualität zurückkehrt, nachdem er zur Entfernung der absorbierten Flüssigkeit ausgedrückt worden ist.

BEISPIEL 3

In diesem Beispiel wurde derselbe Stapel aus Beispiel 2 mit derselben Mühle aus Beispiel 1 verwendet, außer daß zwei der Lüftungen leicht geöffnet waren. Der erhaltene Flausch zeigte nach einem Durchgang eine Dichte von 0,045 g/cc und eine Flauschbällchen-Anzahl von 6,1 Bällchen/mg.
Vierundneunzig (94) Teile des Flausches wurde mit sechs (6) Teilen Poly(meta-phenylenisophthalamid)-Fibriden vermischt. Diese Mischung wurde mit 6,1 m/min (20 ft/min) als 0,1%iger wäßriger Eintrag naß gelegt, während in den Stoffauflauf genügend Wasser gegeben wurde, um die Mischung auf 0,015 % Feststoffe zu verdünnen. Die nasse Matte wurde kontinuierlich in einem Umluftofen bei 176,7 ºC (550 ºF) getrocknet. Das Produkt zeigte eine Dichte von etwa 52,8 kg/mm (3,3 Pfund pro Kubikfuß). Die Poly(meta-phenylenisophthalamid)-Fibride werden in der U.S.-Patentschrift Nr. 2 999 788 beschrieben. In dem getrockneten Flauschprodukt aus diesem Beispiel wurde der Flausch durch die Fibride in einer zuvor festgelegten Mattenform gehalten.
Die Matte besaß ein Flächengewicht von etwa 160 bis 170 g/m² (4,7 bis 5 OPSY; OPSY = Unzen pro Squaryard) und eine Dicke von etwa 3,175 bis 3,810 mm (125 bis 130 mil). Sie zeigte eine Zugfestigkeit von 171,5 x 102 kg/m² (24,5 Pfund pro sqin.) in Maschinenrichtung.
Die Matte zeigte eine Luftdurchlässigkeit von 31,09 m³min/m² (102 cfm/Squarefuß) und eine spezifische Oberfläche von 2,3 m²/g. Es wurde gefunden, daß die Filtrationsleistung für ein Polyethylenglycol-(PEG)-Aerosol von etwa mittlerer Teilchengröße von 1 um 70 % beträgt.
Die Matte zeigte für die thermische Schutzleistung einen Wert von 24,0 kal/cm² (5,9 kal/cm²/OPSY). Zu Vergleichszwecken kann angemerkt werden, daß über eine ähnliche Mischung von Materialien, die zu einem Spunlaced-Flächengebilde mit 128,8 g/m² (3,8 OPSY) verarbeitet wurden, in Research Disclosure, Nr. 2215, Oktober 1982, berichtet wurde, daß es für die thermische Schutzleistung einen Wert von 12,3 kal/cm² (3,2 kal/cm²/OPSY) aufweist.

BEISPIEL 4

In diesem Beispiel wurde Flausch desselben Materials, wie es in Beispiel 2 verwendet worden war, durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß drei Lüftungen leicht geöffnet waren. Es wurde 1 Durchlauf angewendet, und der Flausch besaß eine Dichte von 0,039 g/cc und eine Flauschbällchen-Anzahl von 5,1 Bällchen/mg.
10 g des Flausches wurden mit 10 g einer Poly(vinylchlorid- CO-vinylacetat)-Bindefaser von 6,35 mm (0,25 in.) Länge vermischt, und die Mischung wurde in 2 l Wasser dispergiert, um einen Blatt-Faserstoff herzustellen. Der Faserstoff wurde auf ein Blattbildungssieb gegossen, um ein Kissen von 30,5 x 30,5 cm (12 in. x 12 in.) zu bilden. Das Kissen wurde getrocknet und ohne Druck bei 150-160 ºC gebunden und anschließend zurechtgeschnitten, um ein Filterkissen von 26,7 x 26,7 cm (10,5 in. x 10,5 in.) herzustellen. Das Kissen aus diesem Beispiel wurde durch thermogebundene thermoplastische Fasern zusammengehalten. Das Kissen besaß ein Flächengewicht von 190 g/m² (5,6 OPSY), eine Dicke von 4,47 mm (176 mil), eine Dichte von 432 kg/m³ (2,7 Pfund pro Kubikfuß) und eine Luftdurchlässigkeit von 62,18 m³min/m² (244 cfm/Sguarefuß). Die Filtrationswirksamkeit betrug etwa 85 % für ein PEG-Aerosol von etwa einer mittleren Teilchengröße von 1 um.

BEISPIEL 5

In diesem Beispiel wurde eine käuflich erhältliche Aramid- Faser zu Flausch und zu erfindungsgemäßen Flauschbällchen verarbeitet. Poly(meta-phenylisophtalamid)-Stapel einer Länge von 0,25 in. (0,625 cm) und einem Denier von 2,2 dtex (2,0 den) wurde durch eine Mehrstufen-Rotormühle, die bei 1 200 upm betrieben wurde, mit einer lichten Weite von 0,5 bis 1 mm, geleitet. Das Aramid-Faserprodukt wurde als Aramid- Faser identifiziert, die das Warenzeichen "Nomex", Typ E-20, trug, verkauft von E.I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, DE. Die Mühle war dieselbe wie diejenige, die in Beispiel 1, vorstehend, verwendet wurde.
Bei der Verarbeitung der Fasern waren alle Lüftungen an der Mühle leicht geöffnet, und die Fasern durchliefen stufenweise die Mühle. Nach der ausgewählten Anzahl von Durchläufen wurden Dichte, Flauschbällchen-Anzahl und durchschnittliche Flauschbällchen-Größe bestimmt. Die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle II aufgeführt. Tabelle II Durchlauf Dichte (g/cc) Bällchenanzahl (Bällchen/mg) * Dichte, bestimmt bei 0,37 Pfund pro Squareinch (0,26 N/cm²)

BEISPIEL 6

In diesem Beispiel wurde derselbe Stapel aus Beispiel 5 mit derselben Mühle aus Beispiel 1 verwendet. Der nach einem Durchgang erhaltene Flausch zeigte eine Dichte von 0,037 g/cc, und es waren zahlreiche Flauschbällchen vorhanden.
Fünfundvierzig (45) g Flausch wurden mit fünf (5) g Poly(meta-phenylenisophthalamid)-Fibriden vermischt. Diese Mischung wurde als 5%iger Eintrag auf der Blattbildungsvorrichtung von Beispiel 4 naßgelegt. Das nasse Blatt wurde in einem Vakuumofen bei 150 ºC getrocknet. Das Produkt zeigte eine Dichte von etwa 28,8 kg/m³ (1,8 Pfund pro Kubikfuß). Das Kissen besaß ein Flächengewicht von etwa 556 g/m² (16,4 OPSY) und eine Dicke von etwa 19 mm (0,75 in.).
Das Kissen zeigte eine thermische Beständigkeit von 7,90 x 10&supmin;&sup5; h m²-k&sup0;/J-cm (4,1 h-ft²-F&sup0;/BTU-in.). Zu Vergleichszwecken kann angemerkt werden, daß ein käuflich erhältlicher Nadelfilz aus Poly(meta-phenylenisophthalamid)- Stapel eine thermische Beständigkeit von 7,90 x 10&supmin;&sup5; h m²-k&sup0;/J-cm (4,1 h-ft²-F&sup0;/BTU-in.) zeigte, jedoch bei einer Dichte von 46,4 kg/cm³ (2,9 Pfund/Kubikfuß).

BEISPIEL 7

In diesem Beispiel wurden zwei verschiedene Flausche zur Herstellung eines feuerfesten Kissens kombiniert. 60 g Flausch von Beispiel 6 wurden mit 7,5 g Flausch aus Beispiel 4 und 7,5 g Fibriden aus Beispiel 5 kombiniert. Flausch und Fibrid-Mischung wurden kräftig mit etwa 1,8 l Wasser vermischt, und dies wurde auf der Blattbildungsvorrichtung von Beispiel 4 naß gelegt. Das nasse Blatt wurde in einem Vakuumofen bei 160 ºC getrocknet. Das Produkt zeigte eine Dichte von 11,27 kg/m² (2,31 Pfund pro Quadratfuß). Das Kissen besaß ein Flächengewicht von 898,4 g/m² (26,5 OPSY) und eine Dicke von 24,38 mm (0,96 in.).
Die Matte zeigte einen Wert für die thermische Schutzleistung von 145 kal/cm² (5,43 kal/cm²/OPSY). Zu Vergleichszwecken wurde diese Matte sandwichartig als Zwischenschicht zwischen Schichten einer Poly(meta-phenylenisophthalamid)-Hülle gelegt, um das Futter eines Feuerwehr-Uniformmantels zu simulieren. Die thermische Schutzleistung der Sandwichanordnung betrug 426 J/cm²/g/m² (3,0 kal/cm²/OPSY), im Vergleich zu einem Wert von 369,2 J/cm²/g/m² (2,6 kal/cm²/OPSY) für ein handelsübliches Futter aus Poly(meta-phenylenisophthalamid).

Claims

1. Aramidfaser-Flauschbällchen, umfassend Aramidfasern mit einer gedehnten Länge von 0,4 bis 3 cm und mit wenigstens zwei aus der Ebene herausragenden Kräuselungen entlang ihrer Länge, wobei die Flauschbällchen eine Dichte von weniger als 0,08 g/cc bei einer Belastung von 0,26 N/cm² und eine spezifische Oberfläche von weniger als etwa 5,0 m²/g aufweisen, worin mehr als 1 und weniger als 25 Flauschbällchen pro mg Aramidfaser einen Durchmesser von weniger als 10 mm aufweisen.

2. Flausch nach Anspruch 1, bei dem die Dichte weniger als 0,06 g/cc beträgt.

3. Flauschbällchen nach Anspruch 1, bei dem die spezifische Oberfläche 0,03 bis 3 m²/g beträgt.

4. Flauschbällchen nach Anspruch 1, bei dem die Bällchen einen Durchmesser von weniger als 5 mm besitzen.

5. Aramidfaser-Flauschbällchen nach Anspruch 1, bei dem die Aramidfasern ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Poly(p-phenylenterephthalamid), Poly(m-phenylenisophthalamid) und aus Gemischen von Poly(p-phenylenterephthalamid) und Poly(m-phenylenisophthalamid).

6* Aramidfaser-Flauschbällchen nach Anspruch 1, worin der Flausch gleichmäßig kombiniert ist mit thermoplastischen Fasern, so daß die Kombination wenigstens 20 Gew.-% Aramid-Flauschbällchen und nicht mehr als 80 Gew.-% thermoplastische Fasern aufweist.

7. Flauschbällchen nach Anspruch 6, worin die thermoplastischen Fasern wärmegebunden worden sind.

8. Aramidfaser-Flauschbällchen nach Anspruch 6, worin die thermoplastischen Fasern Poly-(Vinylchlorid-Covinylacetat) sind.

9. Kombination nach Anspruch 6, worin die Flauschbällchen 20 bis 80 Gew.-% der Kombination betragen.

10. Aramidfaser-Flauschbällchen nach Anspruch 1, worin der Flausch gleichmäßig kombiniert ist mit Aramidfibriden, so daß die Kombination wenigstens 70 Gew.-% Aramid-Flauschbällchen und nicht mehr als 30 Gew.-% Aramidfibride aufweist.

11. Aramidfaser-Flauschbällchen nach Anspruch 10, worin die Aramidfibride Poly(m-phenylenisophthalamid) sind.

12. Kombination nach Anspruch 10, worin die Flauschbällchen 70-97 Gew.-% der Kombination ausmachen.

13. Wiederverwendbare flüssigkeitsabsorbierende Einlegesohle, umfassend einen porösen Stoffüberzug und einen Füllstoff aus Aramid-Flauschbällchen, umfassend Aramidfasern mit einer gedehnten Länge von 0,4 bis 3 cm und wenigstens zwei aus der Ebene herausragenden Kräuselungen entlang ihrer Länge, wobei der Flausch eine Dichte von weniger als 0,08 g/cc bei einer Belastung von 0,26 N/cm² und eine spezifische Oberfläche von weniger als etwa 5,0 m²/g aufweist, worin mehr als 1 und weniger als 25 Flauschbällchen pro mg Aramidfaser einen Durchmesser von weniger als 10 mm aufweisen.