DE2409972A1 - Verfahren zur herstellung von fasermassen - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Fasermassen und insbesondere auf anorganische Fasermassen sowie deren Verwendung als Isolation.
Anorganische Fasern sind brauchbar zur Erzielung einer Isolation gegen Vibration, wie z.B. bei der Befestigung eines
Bauteils in oder auf einem vibrierenden Träger. Sie können auch zur Schallisolation, wie es beispielsweise in der GB-PA
55090/72 beschrieben ist, oder für thermische Isolation ver-
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wendet werden. Eine unkontrollierte Auffüllung von Zwischenräumen durch anorganische Pasern, wie es gegenwärtig in der
Isolierungspraxis getan wird, führt zu Schwierigkeifen, wie . z.B. zu Paserbrüchen und zu einer ungleichförmigen Packung.
Außerdem ist die Gesamtpackungsdichte im allgemeinen nicht £enau bekannt. Das Problem der Brüche ist besonders akut
bei sehr feinen Fasern, die gewöhnlich alleine genommen ziemlich schwach sind.
Es wurde nunmehr gefunden (und dies ist die Grundlage der vorliegenden
Erfindung) daß bei der Herstellung eines Aufbaus aus einer isolierenden Masse von komprimierten elastischen anorganischen
Fasern ein verbessertes Verhalten des Produkts erzielt werden kann, wenn man das Ausmaß der Kompression der Pasern
kontrolliert, so daß eine Überkompression (und infolgedessen eine Faserbeschädigung) vermieden wird.
So wird also gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Aufbaus aus einer isolierenden Masse von komprimierten
elastischen anorganischen Pasern vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man die Fasermasse in einem kontrollierten
Ausmaß"vorkomprimiert, die vorkomprimierte Pasermasse an den gewünschten
Ort bringt und die Vorkompression wegnimmt.
Die Erfindung ist besonders brauchbar für das elastische Anbringen
einer Komponente in einem Hohlraum (wie z.B. für das" Anbringen einer Katalysatorträgermatrix in einem Abgassystem
eines Verbrennungsmotors) oder für das Einbringen einer elastischen komprimierten Pasermasse in einen Hohlraum als Schall- oder
thermische Isolation.
So wird also gemäß der Erfindung weiterhin eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen,
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bei welchem ein Paseraufbau aus einer isolierenden Masse von
komprimierten elastischen anorganischen Pasern in einen Hohlraum
eingefügt wird, wobei dieses Verfahren dadurch ausgeführt wird, daß man die Fasermasse in einem kontrollierten Ausmaß vorkomprimiert,
die vorkomprimierte Fasermasse in den.Hohlraum einbringt und die Vorkompression wegnimmt, so daß die Fasern durch
die Wandungen des Hohlraums unter Druck gehalten, werden.
Die Erfindung ist auf anorganische Fasern anwendbar, da solche Fasern .besonders bei Druck zu einer beträchtlichen Beschädigung
neigen. Polykristalline Fasern werden nicht-kristallinen (d.h. glasigen)Fasern vorgezogen, da sie leichter und billiger in feinen
Durchmessern und in einer schrotfreien Qualität hergestellt werden können und da sie bessere physikalische Eigenschaften aufweisen,
wie z.B. eine bessere "Elastizität" (wie sie weiter unten definiert ist), insbesondere wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt
werden.
Es wurde gefunden, daß Fasern aus ein oder mehreren polykristallinen
feuerfesten Metalloxyden besonders geeignet sind, da ihre physikalischen Eigenschaften sie dazu befähigt, außergewöhnliche
Umgebungsbedingungen ohne beträchtlichen Verlust an Festigkeit und "Elastizität" auszuhalten. Glasige Fasern neigen unter strengen
Temperaturbedingungen und unter dem Einfluß von anderen aggresiven Bedingungen zu einer Entglasung. Es wird bevorzugt, Fasern aus
Metalloxyden oder Mischungen von Metalloxyden zu verwenden, wie z.B. polykristalline .Aluminiumoxyd-, Aluminiumoxyd/Siliciumdioxyd-
oder Zirconoxydfasern. Verfahren zur Herstellung solcher Fasern sind
in den GB-PAen 36693/72, 12088/72, 4369/71 und 29909/70 beschrieben.
Auf diese Patentanmeldungen wird hier Bezug genommen. Der Vollständigkeit halber wird weiter unten ein bevorzugtes Verfahren
zur Herstellung gewisser Metalloxydfasern beschrieben. Es wird
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jedoch darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren
nicht von der Verwendung irgendwelcher spezieller anorganischer Pasern oder von dem Verfahren zur Herstellung solcher
Pasern abhängt. Nichtsdestoweniger wird es für eine wirksame Ausnutzung der Erfindung bevorzugt, daß die Paserbahn elastische
Eigenschaften aufweist, die sicherstellt, daß der prozentuelle "Rücksprung" beim Wegnehmen der Vorkompression so hoch wie
möglich ist.
Wie es in den oben angegebenen Patentanmeldungen angegeben ist, können Aluminiumoxyd- oder Zirconoxydfasern dadurch hergestellt
werden, daß man eine Zusammensetzung mit einer Viskosität von mehr als 1 Poise in Pasern verarbeitet, wobei diese
Zusammensetzung aus einer wäßrigen Lösung einer Metallverbindung, wie z.B. einem Oxychlorid, basischem Acetat, basischem
Formeat oder Nitrat von Aluminium und/oder Zirconium und einer kleineren Menge eines wasserlöslichen organischen Polymers und,
sofern Aluminiumoxyd/Siliciumdioxydfasern gewünscht werden einer wasserlöslichen organischen Siliciumverbindung, wie z.B. einem
Polysiloxan besteht, und die so hergestellten Fasern trocknet und erhitzt, um die Metallverbindung in das Oxyd zu überführen
und das Polymer zu zersetzen. Erhitzen in Gegenwart von Wasserdampf wird oftmals bevorzugt.
Das Verarbeiten in Fasern wird vorzugsweise durch ein Blasverfahren
ausgeführt, welches darin besteht, daß man die in Pasern zu verarbeitende Zusammensetzung durch ein oder mehrere Löcher
in mindestens einen Gasstrom extrudiert, der eine Komponente hoher Geschwindigkeit in Laufrichtung der extrudierten Zusammensetzung
aufweist. Die Abmessungen und die Form der genannten Löcher kann stark variieren. Es wird bevorzugt, ein Loch zu verwenden,
bei dem mindestens eine Abmessung größer als 50 ,u und
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kleiner als 500 .u ist. Der Gasstrom besteht vorzugsweise aus
Luft und insbesondere aus Luft mit Raumtemperatur. Es ist zweckmäßig, zwei Gasströme zu verwenden, die bei oder in der
Nähe des Punktes konvergieren, wo die Zusammensetzung .aus
dem Loch extrudiert wird. Vorzugsweise beträgt dabei der Winkel zwischen den konvergierenden Gasströmen 30 bis 60°.
Mindestens ein Teil des Wassers in der Zusammensetzung wird durch den Gasstrom entfernt. Die Geschwindigkeit der Entfernung
kann zweckmäßig dadurch kontrolliert werden, daß man das- Gas mit Wasserdampf mischt. Beispielsweise kann Luft mit einer
relativen Feuchte von mehr als 80$ verwendet werden. Die
Geschwindigkeit des Gasstroms kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Es wird jedoch bevorzugt, Geschwindigkeiten
im Bereich von 6l bis 457 m/sec zu verwenden. Der zum Extrudieren
der Zusammensetzung durch die Löcher verwendete Druck hängt von der Viskosität der Zusammensetzung und von der gewünschten
Extrusionsgeschwindigkeit ab. Es wurde gefunden, daß Drücke
von 1,1 bis 7,0 kg/cm absolut für Zusammensetzungen mit Viskositäten
bis zu ungefähr 100 Poise zweckmäßig sind. Dieses Verfahren ergibt Pasern mit einem beträchtlichen Grad von Knickstellen.
Es wird angenommen, daß diese Knickstellen beträchtlich zur Elastizität der Fasermasse beitragen.
Es wird bevorzugt, Oxydfasern zu verwenden. Die Vorteile der Erfindung können aber auch erreicht werden, wenn man andere
anorganische Fasern, wie z.B. Kalzium- oder AluminiumsiIicatfasern,
verwendet.
Unabhängig von der verwendeten Faserart sind der durchschnittliche
Durchmesser und die Durchmesserverteilung der Fasern wichtig zur Erzielung der gewünschten Bauschigkeitseigenschaften in
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der Fasermasse. Feine Faserdurchmesser und verhältnismäßig kleine Durchmesserverteilungen werden bevorzugt. Ein durch-r
schnittlicher Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 .u wird besondersbevorzugt.
Eine Durchmesserverteilung, die sicherstellt, daß die Fasermasse nicht mehr als 30% (bezogen auf das Gewicht)
der Fasern einen größeren Durchmesser als 5 ,u und nicht mehr
als 20% (bezogen auf die Anzahl) der Fasern einen Durchmesser von mehr als 5/U aufweist, wird ebenfalls besonders bevorzugt.
Das weitgehende Fehlen von Schrot, d.h. das weitgehende Fehlen (beispielsweise weniger als 1 Gew.-?) eines Materia3s mit einer
nicht-faserigeη Natur ist eine erwünschte Eigenschaft von
Fasern für die Verwendung gemäß der Erfindung, da die Anwesenheit von Schrot die Neigung ergibt, daß mehr Brüche der Fasern
bei der Vorkompression auftreten. Fasern aus Aluminiumoxyd oder Zirconoxyd, die in der Weise hergestellt worden sind, wie
es in den GB-PAen 36693/72, 12088/72, U369/JI und 29909/70
beschrieben ist, eignen sich deshalb besonders, da Fasern mit diesen Eigenschaften durch die dort beschriebenen Verfahren
leicht erhältlich sind.
Die Fasern werden zweckmäßig in einer Form verwendet, die in der Technik als"Faserbahn" (fibre blanket) bekannt ist.
Die Fasermasse kann auf verschiedenen Wegen vorkomprimiert werden, beispielsweise durch Benadeln oder durch Zusammennähen
der Fasermasse zwischen Scrims, Fliesen oder Bahnen von gewebten oder nicht-gewebten Fasern. Die Vorkomprimierung kann
in zweckmäßiger Weise auch dadurch erreicht werden, daß man ein entfernbares Bindemittel (wie z.B. ein chemisches Bindemittel
oder eine Bindeflüssigkeit, vorzugsweise eine solche mit einer hohen Oberflächenspannung und mit dem Vermögen zur
Benetzung der Fasern, wie z.B. Wasser) auf die Fasermasse aufbringt und die Fasermasse mechanisch komprimiert, so daß das
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Bindemittel die Pasermasse im vorkomprimierten Zustand hält.
Kombinationen von Benadeln, Zusammennähen und die Anwendung eines Bindemittels können verwendet werden, wie z.B. das Benadeln
zusammen mit der Verwendung eines bindenden organischen Harzes.
Das Benadeln von- anorganischen Pasern zusammen mit nicht-gewebten
Bahnen von organischen Pasern ist in der GB-PA 50313/73
beschrieben.
Geeignete chemische Bindemittel sind durch Wärme zersetzbare oder flüchtige Verbindungen, die von der Pasermasse durch Erhitzen
auf Temperaturen bis zu 8000C entfernt werden können. Beispiele
hierfür sind durch Wärme abbaubare organische Polymere, wie z.B. thermoplastische und thermisch härtbare Kunststoffe und
natürliche und synthetische Elastomere. Kunststoffe und elastomere Materialien können zweckmäßig in die Pasermasse durch in
situ-Polymerisation dadurch eingearbeitet werden, daß man aus einer Lösung oder aus einer wäßrigen Dispersion oder Emulsion
des Materials solche Kunststoffe und elastomeren Materialien ablagert. Beschreibungen über die genannten organischen Materialien,
ihre Anwendung und ihre Formen, in welchen sie verfügbar sind, finden sich beispielsweise in "Fibres, Films, Plastics and Rubbers"
von W.J. Roff und J.R. Scott, Butterworths, London 1971. Besonders
bevorzugt sind wäßrige Dispersionen von Polymervorläufern, die manchmal als Latices bezeichnet werden, in welche die Pasermasse
eingeweicht und dann vorkomprimiert wird. Die Masse wird dann getrocknet und gehärtet, um die Kompression der Fasermasse aufrechtzuerhalten.
Ein Ausfällungsmittel, wie z.B. Aluminiumsulfat, kann in einigen Fällen verwendet werden, um die Gleichförmigkeit
der Binderverteilung zu verbessern. Eine gleichförmige Verteilung des Binders ist erwünscht, um eine wirksame kompressive Bindung
innerhalb der Fasermasse bei Anwendung einer minimalen Menge Bin-
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der zu erzielen. Wäßrige Dispersionen von Stärke, phenolischen Harzen und Harnstoff/Formaldehyd-Harzen, Acrylharzen
und synthetischen Kautschuken, wie z.B. Styrol/Butadien- und carboxylierte Styrol/Butadien-Kautschuke, werden gemäß der
Erfindung bevorzugt. Ein weiterer bevorzugter Binder für die Fasermasse ist eine Lösung eines Phenol/Formaldehyd- oder
Harnstoff/Formaldehyd-Harzes in einem Lösungsmittel, wie z.B. einem Keton, beispielsweise Aceton oder einem Alkohol, beispielsweise
Methylalkohol oder Isopropylalkohol. Die Fasermasse
wird in der Harzlösung eingeweicht und in der gewünschten Form vorkomprimiert, worauf dann das Lösungsmittel durch Verdampfen
entfernt wird. Die mit Harz gebundene Fasermasse wird dann bei einer Temperatur von weniger als 1500C ausgehärtet.
Bindeflüssigkeiten sind vorzugsweise flüchtig und besitzen eine hohe Oberflächenspannung. Letztere unterstützt die Kompression
der Fasermasse, indem sie die Fasern zusammenzieht. Wasser ist die bevorzugte Flüssigkeit. Die Fasermasse wird mit der Flüssigkeit
benetzt, vorkomprimiert und in den aufzufüllenden Raum eingebracht .
Das Ausmaß der Vorkomprimierung hängt unter anderem von den physikalischen Eigenschaften- der verwendeten Faserbahn und dem
gewünschten Kompressionsgrad im fertigen Aufbau ab, sollte aber so gewählt und kontrolliert werden, daß eine übermäßige Schädigung
der Fasern vermieden wird. Für bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung wird eine Faserbahn verwendet, die um ungefähr das zwei- bis zwanzig-fache ihrer ursprünglichen Dichte vorkomprimiert
werden kann und sich wieder weitgehend auf den ursprünglichen Wert oder mindestens aber ungefähr 60% davon erholen kann.
Es wurde gefunden, daß bei der Verwendung von feinen Aluminiumoxyd-
oder Zirconoxydfasern, die hier beschrieben sind, eine
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Vorkomp rimie rung auf eine Dichte zwischen 0,03 und 0,48 g/cm^
verwendet werden kann, und daß in einigen Fällen ein Wert von 0,13 g/enr ohne wesentliche FadenSchädigung erreicht werden
kann. Beim Benadeln von Bahnen wird für den Fall der. Verwendung von Aluminiumoxyd- oder Zirconoxydfasern eine Dichte
von 0,03 bis 0,13 g/enr bevorzugt. Für mit Harz gebundene Bahnen werden Werte von 0,10 bis 0,48 (und insbesondere 0,16
bis 0,40) g/cm·5 bevorzugt; und für mit Wasser gebundene Bahnen werden
Werte von 0,10 bis 0,32 (und insbesondere 0,13 bis 0,19) g/cm·^ bevorzugt.
Die vorkomprimierte Fasermasse wird in die gewünschte Stellung gebracht und die Vorkomprimierung wird weggenommen.
Wenn die Fasermasse durch Benadeln oder durch Nähen vorkomprimiert
worden ist, dann kann die Vorkomprimierung dadurch weggenommen werden, daß man den aus organischen Fasern bestehenden
Scrim oder die aus organischen Fasern bestehende Bahn, die beim Komprimieren aufgebracht worden ist, herausbrennt« Sollte ein
Glasfasertuch verwendet werden, dann kann das Entfernen auf die gleiche Weise erfolgen. Wenn die Fasermasse im vorkomprimierten
Zustand durch ein thermisch zersetzbares Bindemittel (wie z.B. ein phenolisches Harz) gebunden worden ist, dann kann die Fasermasse
erhitzt werden, um das Bindemittel zu zersetzen und die Kompression wegzunehmen. Das Herausbrennen oder anderweitige
thermische Zersetzen der organischen Materialien erfolgt bei irgendeiner zweckmäßigen Temperatur für ein solches Verfahren.
Es wurde beispielsweise gefunden, daß die Anwendung einer Temperatur von ungefähr 150 bis 45O°C bis zu 16 st zweckmäßig ist.
Wenn eine flüchtige Flüssigkeit, wie z.B. Wasser,als Bindemittel verwendet worden ist, dann wird die Kompression bequemerweise
dadurch entfernt, daß man das Wasser durch verhältnismäßig schwaches Erhitzen oder die Anwendung von Vakuum abtreibt.
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Ein Erhitzen auf ungefähr 1200C während l6 st wird in diesen
Fällen typischerweise verwendet. Wenn in ähnlicher Weise die. Pasermasse in vorkomprimiertem Zustand durch ein lösliches
chemisches Bindemittel gebunden worden ist, dann kann die Fäsermasse
mit einem Lösungsmittel gewaschen werden, das das Bindemittel herauslöst.
Bei der Wegnahme der Vorkompression wird die Fasermasse, wenn sie nicht anders festgehalten wird (beispielsweise durch
die Wände eines Hohlraums) expandiert. In der betreffenden Anwendung
wird das Volumen der verwendeten Pasermasse so ausgewählt, daß bei der Wegnahme der Vorkompression am gewünschten
Ort die Fasermasse noch unter Kompression bleibt, d.h., daß die Fasern nach wie vor eine restliche Spannung aufweisen.
Die Kompression der Fasern in der fertigen Zusammenstellung wird üblicherweise durch die Wandungen aufrechterhalten, welche
die Fasermasse umgeben. Sie kann aber auch auf anderen Wegen aufrechterhalten werden, wie z.B. durch metallische Klammern, die
um die Fasermasse gelegt sind.
Das Verhalten der isolierenden Fasermasse und ihre Neigung zur Verschlechterung beim Gebrauch hängt von der Spannung in der
Fasermasse während des Gebrauchs ab. Der Betrag der restlichen Spannung, welcher das optimale Verhalten und die optimale Lebensdauer
ergibt, hängen ab von:
1. der Funktion der Fasermasse und den Bedingungen beim Gebrauch
2. der Natur der Fasern.
Die Auswahl der Fasern für irgendeine bestimmte Anwendung und der Grad der Kompression, der optimale Resultate ergibt, können durch
einfache Versuche bestimmt werden. Beispielsweise können die Pasern
zwischen ein Paar paralleler Platten eingebracht werden, die mit verschiedenen Amplituden und Frequenzen oszilliert werden,
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um für jede Gruppe von Bedingungen den Grad von Kompression zu
bestimmen, der die besten Resultate ergibt. Bei einem solchen Test wurden Proben von Aluminiumsilicatfasern (im Handel als
"Fiberfrax" H) mit einer Zirconoxydfaser (im Handel als."Saffil"
erhältlich) verglichen, indem diese Pasern jeweils einer oszillierenden
Druckkraft von 6 Zyklen/Minute bei Raumtemperatur unterworfen wurden. Jeder Zyklus bestand aus einer Kompressionsphase,
während der die Faserbahn auf eine Dichte von 0,10 g/cmr verdichtet
wurde, und zwar von einer Dicke von 5 cm auf 2,5 cm, und aus einer Erholungsphase, während der die Druckkraft weggenommen
wurde. Nach 30 Zyklen war die Aluminiumsilicatfaser dauerhaft komprimiert und erholte sich nicht auf eine Dicke von mehr als
2,5 cm, wogegen die Zirconoxydfaser nach 1700 Zyklen keine dauerhafte Verformung zeigte und nach wie vor ihre ursprüngliche Dichte
von 0,10 g/cm^ aufwies.
Da sich die Erfindung besonders für Fasermassen eignet, die bei · hohen Temperaturanwendungen zur Verwendung gelangen, sind Drucktests
für höhere Temperaturen zur Auswahl für solche Anwendungen geeigneten Faser zweckmäßig. Beispielsweise wurden Bahnen von
Zirconoxydfasern (im Handel als "Saffil" erhältlich) und Aluminiumsi
Ii cat fasern, welche beide eine ursprüngliche Dichte von 0,10 g/cn
aufwiesen, eine Stunde einer Temperatur von 10000C unter Kompression
ausgesetzt, so daß die Dicke der Bahn ein Viertel der ursprünglichen Dicke von 10 cm war. Bei Wegnahme der Kompressionsbelastung erholte sich die Zirconoxydfaserbahn augenblicklich
auf mehr als 7555 der. ursprünglichen Dicke, während die Aluminiumsi
Ii catfaserbahn überhaupt keine Erholung zeigte.
Für die meisten Zwecke ist es zufriedenstellend und zweckmäßig, einen einfachen statischen Kompressionstest bei Raumtemperatur
zu verwenden. Die Auswahl einer geeigneten anorganischen Faser kann dann auf der Basis des Wertes der "Elastizität" der Fasermasse
getroffen werden. "Elastizität" ist hier definiert als der
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Betrag der Erholung einer Pasermasse nach einer 2 min dauernden Kompression auf 50% der ursprünglichen Dicke,ausgedrückt als
Prozentsatz der ursprünglichen Dicke. Für viele Anwendungen ist die bevorzugte Elastizität vorzugsweise größer als 60#..Aluminiuinoxydfasern
und Zirconoxydfasern, die wie oben hergestellt worden sind, besitzen eine Elastizität von 72 bis 88$. Wenn sie
auf eine 5-fache Zunahme der Dichte komprimiert werden, dann bleibt die prozentuale Elastizität weitgehend unverändert, weshalb
sie gemäß der Erfindung sehr geeignet sind.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Aufbau aus elastischen anorganischen..Fasern vorgeschlagen, wobei der Grad der Kompression
der Fasern derart vorbestimmt ist, daß die Spannung in der Fasermasse ausreichend hoch ist um sicherzustellen, daß
die Fasermasse beim Gebrauch festgehalten wird. Bei bevorzugten Aufbauten besitzen die anorganischen Fasern eine Elastizität
(wie oben definiert) von mehr als 60$. Aluminiumoxyd- und Zirconoxydfasern
werden am meisten bevorzugt, da sie Elastizitäten von mindestens 72% aufweisen. Der Grad der Kompression, der in
den meisten Aufbauten bevorzugt wird, liegt zwischen dem zweibis
zwanzigfachen der ursprünglichen Dichte der anorganischen Faser.
Die vorliegende Erfindung schafft somit also ein zweckmäßiges Verfahren zum Einführen einer isolierenden Fasermasse in einen
Raum oder einen Hohlraum durch ein Loch,' wobei gleichzeitig eine gleichförmige Verteilung der Dichte der Faser innerhalb des Raums
erzielt wird. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich, die
Fasermasse auf eine Form zu bringen, die besonders für den zu füllenden Raum geeignet ist. Die Handhabung der Faser ist leichter,
und außerdem entweichen weniger lose Fasern beim Füllverfahren. Die Erfindung eignet sich somit besonders zum Einbau von akusti-
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sehen Isolationen in Maschinenkanalauskleidungen, wie z.B. in
Luftfahrzeugen, und zur Erzielung einer thermischen Isolation innerhalb doppeIwandiger Konstruktionen, wie z.B. Eisenbahnwaggons.
Der volle Vorteil der Erfindung wird mit den elastischsten anorganischen Pasern, wie z.B. Zirconoxyd- und Aluminiumoxydfasern,
die oben beschrieben sind, erreicht.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer Fasermasse gemäß der Erfindung zum Pesthalten einer Katalysatormatrix in einem
Abgassystem. Die Paserraasse dient zur thermischen Isolation der Matrix und auch zur Isolierung von Vibration.
Eine zylindrische Matrix (Länge 152 mm, Durchmesser 102 mm) wurde in eine Zirconoxydfaserbahn mit einer Dicke von 13 mm eingewickelt,
die durch Benadeln einer Masse feiner Zirconoxydfasern (hergestellt wie oben beschrieben) hergestellt worden war, um ein Produkt
mit einer Dichte von 0,06 g/cnr im benadelten Zustand herzustellen.
Die eingewickelte Matrix wurde in ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 127 mm eingeführt, und die ganze Einheit
wurde bei einer Temperatur von l80°C gebrannt. Das Brennen zerstörte die organischen Scrim, welche die Fasernim benadelten Zustand
hielten, und nahm die Vorkompressiön weg. Bei der Wegnahme
der Vorkompression wurden die Fasern durch* die Rohrwandung in einem komprimierten Zustand gehalten. Das Rohr wurde dann als Teil
des Abgassystems eines Benzinmotors eingebaut, wobei dieser Benzinmotor mit einem Dynamometer (als statischer Automobilteststand)
verbunden war. Der Motor wurde über einen Bereich von' Geschwindigkeiten
laufen gelassen und mit den verschiedensten- Geschwindig-
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kelten belastet, und zwar während einer Zeit von ungefähr
l4 st. Das Rohr wurde weggenommen und die Fasermasse wurde_
visuell geprüft. Es konnte keine Beschädigung der Faserinasse beobachtet werden. "
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer^ Fasermasse
gemäß der Erfindung, zur Reparatur eines Dachs eines Glasschmelzofens,
während der Ofen in Betrieb war.- Ein lokaler Abbau eines feuerfesten Bogendachs verursachte unregelmäßig
geformte Löcher mit .2 cm mittlerem Durchmesser, durch welche die Flammen hindurchgehen konnten. Ein zylindrisches Bündel
einer Zirconoxydfasermasse wurde mit Wasser benetzt und auf 0,13 g/cm^ und einen Durchmesser von 38 *Ma zusammengedrückt,
währenddessen das überschüssige V/asser ausgepreßt wurde. Zwecks einer leichten Handhabung und zur Unterstützung der
Beibehaltung der Kompression wurde der Zylinder in eine Hülse eingeschlossen, die aus einem .Glasfasertuch hergestellt war,
und auf 80°C erhitzt. Beim Einführen in das Loch im Ofendach schmolz die Glasmatte, und die Zirconoxydfasern expandierten
sicii, so daß sie den verfügbaren Raum einnahmen, wodurch eine
wirksame Dichtung anstelle des unregelmäßig geformten Lochs erhalten wurde. Die Reparatur wurde durch eine Kappe eines
gießfähigen feuerfesten Zements beendet.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer durchnäßten Fasennasse gemäß der Erfindung, um eine Katalysatorinatrix
in einem Abgassystem festzuhalten.
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Ein Streifen einer "Saffil"-Zirconoxydfaserbahn ( 0,02 g/cm^ und Dicke 2,5 cm) wurde mit Wasser benetzt und
alternativ mehrere Male zusammengepreßt, bis eine Dichte
von ungefähr 0,l6 g/cirr erreicht war. Eine Katalysatormatrix von 114 mm Länge und mit einem Durchmesser von 102 mm
wurde um den Umfang dieses Streifens gewickelt, so daß eine Gesamtdicke von ungefähr 6 mm rund um die Matrix erzielt wurde.
Weiterer Druck wurde auf die Pasern angewendet, um die Dichte auf ungefähr 0,19 g/'cm^ zu bringen. Der Durchmesser
der herumgewickelten Matrix war derart, daß man sie gerade in einen zylindrischen Matrixbehälter einführen konnte. Nach
dem Einführen wurde die gesamte Struktur l6 st lang auf 1200C
erhitzt, um das Wasser aus den Fasern abzutreiben. Nach dem Trocknen hatte die Bahn zwischen der Matrix und dem Behälter
eine Dichte von 0,16 bis 0,19 g/enr. Sie übte eine Kraft von
ρ
0,035 bis 0,07 g/cm auf die Außenfläche der Matrix aus.
0,035 bis 0,07 g/cm auf die Außenfläche der Matrix aus.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer mit Harz versehenen
Fasermasse gemäß der Erfindung, um eine Katalysatormatrix in einem Abgassystem zu stützen.
Eine "Saffil"-Zirconoxydfaserbahn, wie sie in Beispiel 3
verwendet wurde, wurde mit einer il^igen (Gewicht) wäßrigen
Dispersion eines phenolischen Harzes (BXL R1O993) imprägniert
und in ein Rohr· von 152 mm Länge, 118 mm Innendurchmesser und
127 mm Außendurchmesser geformt, wobei-eine geeignete Form
verwendet wurde. Das "grüne" Rohr wurde bei 90°C getrocknet
und in Luft mit IiJO0C gehärtet. Die Fasern, die so durch das
Harz gebunden worden waren, besassen eine Dichte von ungefähr 0,22 g/cm . Das Rohr paßte satt über eine Katalysatormatrix
und konnte verhältnismäßig leicht in den Behälter für die Matrix eingeschoben werden. Die zusammengebaute Struktur wurde
16 st auf 45O°C erhitzt, um das Harz herausζübrennen. Die zurückbleibenden
Fasern besassen eine Dichte von 0,16 bis 0,19 g/cm·5 und übten einen Druck von 0,035 bis 0,0^9 g/cm auf die
Umfangsoberfläche der Matrix aus.
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ORIGINAL INSPECTED
Dieses Beispiel erläutert die erfindungsgemäße Verwendung
zur Herstellung einer Isolation, um einen ringförmigen Raum zwischen einem Brennerrohr und einer äußeren Metallhülse
eines Kalkbrennofens zu schaffen, damit eine Beschädigung der Hülse vermieden wird. Ein Zirconoxydfasereinbau für diese
Zusammenstellung wurde wie folgt hergestellt:
Eine Menge einer Zirconoxydfaser wurde abgewogen, die ausreichte, den gesamten ringförmigen Raum mit einer Dichte von 0,24
g/cnr aufzufüllen. Die Fasern wurden dann in eine k%ige wäßrige
Dispersion eines phenolischen Harzes (BXL R1OO93) eingeweicht und anschließend in eine Rohrform komprimiert, bei 200C
getrocknet und dann bei l40°C an der Luft gehärtet. Das erhaltene mit Harz gebundene Rohr hatte eine Dichte von 0,32 g/cnr
und konnte leicht in den grob bearbeiten ringförmigen Raum rund um das Brennerrohr eingeschoben werden. Nach dem Anschalten des
Brenners wurde der Harzbinder herausgebrannt, wobei sich die Zirconoxydfasern ausdehnten, so daß sie den gesamten verfügbaren
Raum rund um den Brenner einnahmen, damit ein fester vibrationsbeständiger Träger und eine gute Gasdichtung trotz
der unregelmäßigen Form des aufzufüllenden Raums erhalten wurde. Die abschließende Dichte der Faserfüllung war 0,24 g/cm .
i.x,.H,- - .nc- η
PATENTANSPRÜCHE:
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Claims (20)
- PATENTANSPRÜCHE1»\ Verfahren zur Herstellung eines Aufbaus aus einer isolierenden Masse von komprimierten elastischen anorganischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermasse in einem kontrollierten Ausmaß vorkomprimiert, die vorkomprimierte Fasermasse an den gewünschten Ort bringt, und -die Vorkomprimierung aufhebt.
- 2. Verfahren zur Herstellung eines Aufbaus aus einer isolierenden Masse von komprimierten elastischen anorganischen Fasern in einem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermasse in einem kontrollierten Ausmaß vorkomprimiert, die vorkomprimierte Fasermasse in den Hohlraum einbringt und die Vorkompression aufhebt, so daß die Fasern unter Kompression durch die Wandungen des Hohlraums festgehalten werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern polykristalline Fasern sind.·
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ein oder mehrere feuerfeste Metalloxyde enthalten. - -"
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dariu'rr.h cekennzeichnet, daß die Fasern aus Aluminiumoxyd-, Aluminiumoxyd/Siliciumdioxyd- oder Zirconoxydfasern bestehen.
- 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß. die Fasern einen mittleren Durch-409836/ 1078- ■ messer von 0,5 bis 5/U aufweisen.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-1 durch gekennzeichnet, daß die Pasermasse nicht mehr als 30 Gew.-? Fasern mit einem größeren Durchmesser als 5 .u enthält.
- 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasermasse durch Benadeln oder durch Einnähen der Pasermasse zwischen Scrims, Fliese oder Bahnen von gewebten oder nicht-gewebten Pasern vorkomprimiert wird.
- 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasermasse durch Anwendung eines entfernbaren Bindemittels auf die Fasermasse vorkomprimiert wird und daß mechanisch die Pasermasse komprimiert wird, so daß das Bindemittel die Pasermasse im vorkomprimierten Zustand hält.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daßdas entfernbare Bindemittel aus einem chemischen Bindemittel besteht.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Bindemittel aus einem durch Wärme abbaubaren organischen Polymer besteht.
- 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymervorläufer in einer Lösung oder in einer wäßrigen Dispersion verwendet wird.409836/1078
- 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer ein phenolisches Harz verwendet wird.
- 14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer Stärke, ein Harnstoff/Formaldehyd-Harz ein Acrylharz oder ein synthetischer Kautschuk verwendet wird.
- 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis S3 dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Wasser verwendet wird. -
- 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermasse auf eine Dichte des zwei- bis zwanzig-fachen der ursprünglichen Dichte der Fasermasse vorkomprimiert wird.
- 17. Verfahren nach Anspruch 5 oder, soweit sie. von Anspruch 5 abhängen, nach Anspruch 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermasse auf eine Dichte von 0,03 bis 0,48 g/cnr• komprimiert wird.
- 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komprimierung auf eine Dichte bis zu 0,13 g/enr vorgenommen wird.
- 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkomprimierung durch Erhitzen oder Waschen der Fasermasse mit einem Lösungsmittel weggenommen wird.
- 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen auf eine Temperatur von 15O bis 45O°C während bis zu 16 st erfolgt.MfUMS. S. SIAfGiI409836/1078
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB1001373 | 1973-03-01 | ||
| GB394174 | 1974-01-28 |
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Family Applications (1)
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