Diese Erfindung bezieht sich auf synthetische Daunen und betrifft im einzelnen leichtgewichtige thermische Isolationssysteme, die durch Verwendung von feinen Fasern in Kompositionen niedriger Dichte erzielbar sind.

US-Patent Nr. 4,588,635 beschreibt und beansprucht ein thermisches Isolationsmaterial aus einem synthetischen Faserkorpus, das eine Mischung umfaßt von

(a) 80 bis 95 Gewichtsprozent von gesponnenen und gekräuselten gestapelten synthetischen Polymermikrofasern mit einem Durchmesser von 3 bis 12 Mikron; und

(b) 5 bis 20 Gewichtsprozent von synthetischen gestapelten Polymermakrofasern mit einem Durchmesser von mehr als 12 bis zu 50 Mikron, welcher Korpus die folgenden Charakteristiken aufweist:

(i) Einen Strahlungsparameter, definiert als den Schnittpunkt auf der Ordinatenachse bei null Dichte eines Verlaufs von KcPF gegen PF von weniger als 0,173 (W/m-K) (kg/m³) [0,075(Btu-in/hr-ft²-ºF) (lb/ft³)]

(ii) Eine Dichte PF von 3,2 bis 9,6 kg/m³ (0,2 bis 0,6 lb/ft³) und eine scheinbare thermische Leitfähigkeit Kc, gemessen nach dem Platte-Platte-Verfahren gemäß ASTM C518 mit einem Abwärtshitzefluß von weniger als 0,072 W/m-K (0,5 Btu-in/hr-ft²-ºF).

Dieses Material nähert sich und übersteigt in einigen Fällen die thermischen Isolationseigenschaften natürlicher Daunen.

Vom mechanischen Standpunkt ist es Erfahrungssache, daß die extrem feinen Fasern unter Mängeln der Festigkeit und Zugfestigkeit leiden, was es schwierig macht sie herzustellen, zu manipulieren und zu gebrauchen. Die Erholungseigenschaften eines solchen synthetischen Isolationsmaterials werden mit größeren Faserdurchmessern besser, doch wird eine Vergrößerung der Grobfaserkomponente ernsthaft die thermischen Isolationseigenschaften insgesamt verringern.

Die Probleme in Verbindung mit der mechanischen Stabilität von Feinfaserkompositionen werden verschärft unter feuchten Bedingungen, da die Oberflächen-Spannungskräfte im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von kapillarem Wasser erheblich größer sind als jene in Folge der Gravitationskräfte oder anderer Normalgebrauchsbelastungen, und sie haben auf die Struktur einen viel weitergehenden nachteiligen Einfluß.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein thermisch isolierendes Synthetikfasermaterial in Form einer kohäsiven Faserstruktur vorgeschlagen, welche Struktur eine Komposition umfaßt von:

(a) 70 bis 95 Gewichtsprozent synthetische Polymermikrofasern mit einem Durchmesser von 3 bis 12 Mikron; und

(b) 5 bis 30 Gewichtsprozent synthetischer Polymermakrofasern mit einem Durchmesser von nicht weniger als 12 Mikron, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Fasern an ihren Kontaktpunkten aneinanderhaften, wobei das Aneinanderhaften derart ist, daß die Dichte der resultierenden Struktur im Bereich von 3 bis 16 kg/m³ (0,2 bis 1,0 lb/ft³) liegt, wobei das Anhaften bewirkt wird ohne signifikanten Verlust der thermischen Isolationseigenschaften der Struktur im Vergleich mit nichthaftenden Positionen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Bildung eines thermischen Isolationsmaterials, welches Verfahren das Bilden einer Faserkomposition umfaßt

(a) von 70 bis 95 Gewichtsprozent synthetische Polymermikrofasern mit einem Durchmesser von 3 bis 12 Mikron; und

(b) 5 bis 30 Gewichtsprozent synthetische Polymermakrofasern mit einem Durchmesser von nicht weniger als 12 Mikron;

(c) Formen der so gebildeten Komposition und Bewirken des Anhaftens zwischen mindestens einigen der Fasern an ihren Kontaktpunkten derart, daß die Dichte der resultierenden Struktur innerhalb des Bereichs von 3 bis 16 kg/m³ liegt (0,2 bis 1,0 lb/ft³),

(d) wobei das Aneinanderhaften bewirkt wird, ohne signifikanten Verlust der thermischen Isolationseigenschaften im Vergleich mit einer haftungsfreien Komposition.

Es ist bevorzugt, daß die resultierende Faserkomposition einen Strahlungsparameter aufweist, definiert als den Schnittpunkt auf der Ordinatenachse bei null Dichte, einer Kurve von KcPF gegen PF von weniger als 0,173 (W/m-K) (kg/m³) [0,075(Btu-in/hr-ft²-ºF) (lb/ft³)] und eine Dichte PF von 3,2 bis 9,6 kg/m³ (0,2 bis 0,6 lb/ft³) und eine scheinbare thermische Leitfähigkeit Kc aufweist, gemessen nach dem Platte-Platte- Verfahren gemäß ASTM C518 mit einem Abwärtswärmefluß von weniger als 0,072 W/m-K (0,5 Btu-in/hr-ft²-ºF).

Mikrofasern und Makrofasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden aus Polyester-, Nylon-, Rayon-, Acetat-, Acryl-, Modacryl-, Polyolefin-, Spandex-, Polyaramid-, Polyimid-, Fluorocarbon-, Polybenzimidazol-, Polyvinylalkohol-, Polydiacetylen-, Polyetherketon-, Polyimidazol- und Phenyl-Sulfidpolymeren, wie jene, die kommerziell erhältlich sind unter dem Warennamen RYTON.

Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß die Mikrofasern nach der Extrusion gereckt werden, um ihnen einen Dehnmodul von mindestens 63 g/dtex (70 g/den) zu verleihen.

Das Zusammenhaften zwischen mindestens einigen der Makrofasern kann bewirkt werden zum Bilden einer Supportstruktur für die Mikrofasern, oder es kann bewirkt werden zwischen sowohl den Makrofasern als auch einigen der Mikrofasern an ihren verschiedenen Kontaktpunkten.

Die Makrofasern können aus dem gleichen Material bestehen, das entweder dasselbe wie das der Mikrofasern ist oder abweicht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Mikrofasern aus Polyethylenterephthalat hergestellt, und die Makrofasern werden ausgewählt aus Polyethylenterephthalat oder einem Polyaramid, beispielsweise jenem, das im Handel unter dem Warenzeichen "Kevlar" erhältlich ist.

Die Makrofasern können Monofasern sein, d.h. Fasern mit einer im wesentlichen gleichförmigen Struktur, oder sie können Mehrkomponentenfasern sein mit einem Teil, der das Makrofaser-Makrofaser-Zusammenhaften vereinfacht. Die Makrofaser kann eine Fasermischung sein, bei der mindestens 10 Gewichtsprozent Makrofasern eines niedrigschmelzenden thermoplastischen Materials umfaßt werden, um das Makrofaser-Makrofaser- Zusammenhaften zu unterstützen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Makrofasern ein Fasergemisch sein, das Mehrkomponenten-Makrofasern umfaßt sowie eine Monokomponenten-Makrofaser, die in der Lage sind, aneinanderzuhaften.

In einer anderen Ausführungsform der folgenden Erfindung kann die Makrokomponentenfaser ein Gemisch oder ein Gemenge von Makrofasern sein mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise kann ein Makrofasergemisch zwei oder mehr unterschiedliche Fasern umfassen, wie eine Polyesterfaser, zum Erzielen der gewünschten Anhaftung, und eine "Kevlar"-Faser zum Erzielen der Steife. Der Anteil der versteifenden Faser zu der anhaftenden Faser kann verändert werden zum Erreichen unterschiedlicher Eigenschaften, unter dem Erfordernis, daß der Anteil der anhaftbaren Fasern hinreicht, daß die Makrofaserstruktur einen offenen Support für die Mikrofasern bildet, wie nachstehend beschrieben.

Einige Materialien, beispielsweise Polyphenylensulfidfasern, aromatische Polyamide des im Handel unter dem Warennamen "APYIEL" erhältlichen Typs und Polyimidfasern, wie jene, die von der Lenzing AG in Österreich hergestellt werden, weisen feuerverzögernde Eigenschaften auf oder sind nicht entflammbar. Solche Materialien können deshalb verbesserte Flammen- oder Feuerfestigkeitseigenschaften bei den hergestellten Produkten verleihen, welche die Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.

Verfahren zur Herstellung solcher Fasern sind bekannt, siehe beispielsweise US-Patentschrift Nr. 4,148,103.

Brauchbare Zweikomponentenfasern umfassen den Typ TJ04S2, ein Seite-an-Seite-Polyester/Polyestermaterial und Typ TJ04C2 ein Hülle/Kern-Polyester/Polyestermaterial, welche beide von der Firma Teijin Ltd. in Japan erhältlich sind.

Das Aneinanderhaften bei der Struktur gemäß der Erfindung liegt vorzugsweise im Prinzip zwischen den Fasern der Makrofaserkomponente an ihren Kontaktpunkten vor. Der Zweck der Makrofaser-Makrofaser- Anhaftung besteht darin, eine Supportstruktur für die Mikrofaserkomponente zu bilden, welche Supportstruktur deutlich zu den mechanischen Eigenschaften des Isoliermaterials beiträgt. Durch Verhaften der Makrofasern gemäß der Erfindung halten die Makrofasern eine offene, zusammenhaftende Faserstruktur, innerhalb der die Mikrofasern aufnehmbar sind.

Jegliche Mittel des Aneinanderhaftens zwischen den Makrofasern können verwendet werden, wie beispielsweise durch Addition von festen, gasförmigen oder flüssigen Haftmitteln, thermoplastisch oder thermohärtend, oder durch das Vorsehen von autologen Anhaftungen, bei denen die Fasern dazu gebracht werden, direkt aneinanderzuhaften durch die Wirkung eines zwischengeschalteten chemischen oder physikalischen Agens.

Das Anhaftverfahren ist nicht kritisch unter Berücksichtigung nur der Voraussetzung, daß das Aneinanderhaften ausgeführt werden sollte unter solchen Bedingungen, daß die Makrofaserkomponente nicht ihre strukturelle Integrität verliert. Es versteht sich für den Fachmann, daß irgendeine merkbare Änderung der Makro- oder Mikrofasern während des Zumanhaftenbringens die thermischen Eigenschaften nachteilig beeinflussen wird; der Anhaftschritt muß deshalb so durchgeführt werden, daß die physikalischen Eigenschaften und Abmessungen der Faserkomponenten und der Komposition soweit als möglich aufrechterhalten bleiben.

Die thermischen Isolationseigenschaften der verhafteten Komposition sind vorzugsweise im wesentlichen dieselben oder nicht deutlich weniger als die thermischen Isolationseigenschaften einer ähnlichen haftungsfreien Komposition.

In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Zusammenhaften innerhalb der Struktur bewirkt werden durch Aufheizen der Komposition der Fasern für eine Zeit und bei einer Temperatur, hinreichend zum Bewirken des Zusammenhaftens der Fasern.

Eine solche Heizperiode kann bei einer Temperatur von 125ºC (257ºF) bis 225ºC (437ºF) während einer Periode in der Größenordnung von 1 bis 10 Minuten liegen und vorzugsweise bei einer Temperatur von 140ºC (284ºF) bis 200ºC (392ºF) während einer Periode von etwa 3 bis 7 Minuten; diese Perioden hängen natürlich ab von dem Material der Makrofaserkomponente.

Die Mikrofasern und, je nach Wunsch, auch die Makrofasern, welche die Komposition der Erfindung bilden, können gekräuselt sein, um die Herstellung einer innigen Mischung oder Komposition der beiden Komponenten mit niedriger Dichte zu unterstützen. Kräuselungstechniken sind in dem Stand der Technik bekannt, doch liegt die mittlere Kräuselzahl sowohl für die Mikrofasern als auch für die Makrofasern vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 3 bis 8 Windungen/cm (8 bis 20 Windungen/Zoll). Das Vorhandensein der Kräuselung unterstützt außerdem die Wiederherstellung von Fülle in der Faserkomposition nach Kompression oder Befeuchtung.

In einer bevorzugten Ausführungsform können die Mikrofasern einen Dehnmodul von 36 bis 81 g/dtex (40 bis 90 g/den) aufweisen. Dieser relativ hohe Dehnmodul trägt zu einem hohen Biegemodul bei dem Material gemäß der Erfindung bei und unterstützt die mechanische Güte des Materials gemäß der Erfindung.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Schmiermittel in eine oder beide Komponenten der Komposition eingebracht sein. Typische Schmiermittel sind wässrige Lösungen von Organopolysiloxanen, Emulsionen von Polytetrafluorethylen und nichtionische Entspannungsmittel. Solche Schmiermittel können auf die Fasern durch Versprühen oder Eintauchen, wie im Stand der Technik bekannt, aufgebracht werden.

Die Komposition von Makrofasern und Mikrofasern kann ein Korpus sein, bestehend aus gefalteten Kardenwickeln, obwohl andere Faserformen, wie luftgelegte Bahnen, gleichermaßen geeignet sind. Bahnen und Korpus', in denen einige Fasern in der durch-die-Dicke-Richtung orientiert sind, wie auch in der primären Bahnebene, sind von deutlichem Vorteil bezüglich des mechanischen Gütestandpunkts. Bahnen aus kontinuierlichen Fiiamenten, gesponnen, verklebt oder in anderer Weise produziert, können verwendet werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Komposition in Form von Klustern oder Kugeln vorliegen. Solche Kluster können von Hand präpariert werden oder durch die Verwendung von kommerziell erhältlichen Maschinen, etwa automatischen Knobel-, Taumel- oder Kugelrollmaschinen. Korpus' oder Kluster gemäß der Erfindung können Dichten erreichen, vergleichbar mit den Dichten von natürlichen Daunen, d.h. in der Größenordnung von weniger als 16 kg/m³ (1,0 lb/ft³) und typischerweise etwa 8 kg/m³ (0,5 lb/ft³).

In Klusterform weist das Isolationsmaterial dieser Erfindung überraschenderweise extrem gute Erholung nach Kompressionsbelastung auf. Da es darüber hinaus kompatibel ist mit üblichen Daunen-Verarbeitungseinrichtungen, repräsentiert es ein brauchbares synthetisches Daunen- Ersatzmaterial sowohl hinsichtlich der Güte als auch hinsichtlich der Verarbeitung.

Thermisches Isoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung in Form von Klustern tendiert dazu, eine mehr zufällige Orientierung der Fasern aufzuweisen und hat deshalb größere Kompressionserholung und mehr gleichförmige Eigenschaften. Diese Kluster genießen darüber hinaus den Vorteil, daß sie mit etablierten Daunen-Handhabungs- und -Füllmaschinen verarbeitet werden. Solche Kluster können hergestellt werden durch Formen der Faserkomposition unter Verwendung einer Wattekugel-Rollmaschine. Typische Maschinen, die für diesen Zweck geeignet sind, werden hergestellt von der Bodolay/Pratt Division der Package Machinery Co. in Florida, USA, und von der Internationale Verbandstoff-Fabrik in der Schweiz.

Nachfolgend wird eine nur als Beispiel zu verstehende Beschreibung von Verfahren wiedergegeben, mit denen die Erfindung ausnutzbar ist.

Wenn in den folgenden Beispielen darüber Rechenschaft abgelegt wird, werden die folgenden Prüfungen durchgeführt:

Dichte: Das Volumen jedes Isolatormusters wurde bestimmt durch Festlegen von zwei planaren Musterabmessungen und nachfolgendes Messen der Dicke unter 0,014 kPa (0,002 lb/in²) Druck. Die Masse jeder Probe, dividiert durch das so erhaltene Volumen, ist die Basis für die berichteten Dichtewerte. Die Dicke wurde gemessen bei 0,014 kPa (0,002 lb/in²).

Die scheinbar thermische Leitfähigkeit wurde gemessen gemäß dem Platte/Probe/Platte-Verfahren, beschrieben in ASTM, Verfahren C518.

Der Strahlungsparameter C wurde berechnet gemäß der Gleichung:

C = KcPF - KaPF

worin Kc = scheinbare thermische Leitfähigkeit des Materials,

PF = Dichte des Materials, und

Ka = thermische Leitfähigkeit ruhender Luft

= 0,025 W/m-K (0,175 Btu-in/hr-ft²-ºF).

Druckkompressionsbelastung: Für jeden Test wurde die Belastung bei 34,4 kPa (5 lb/in²) aufgezeichnet, was die Maximalbelastung in der Kompressionserholungs-Testsequenz darstellte.

Kompressionserholung und Kompressions- und Erholungsarbeit: Abschnitt 4.3.2 der militärischen Spezifikation MIL-B-41826E beschreibt eine Kompressions-Erholungs-Testtechnik für faserige Watte, die für diese Arbeit angepaßt wurde. Der wesentliche Unterschied zwischen der militärischen Spezifikationsmethode und der hier verwendeten ist der niedrige Druck, unter welchem die anfängliche Dicke und Rückkehr zur Dicke gemessen wurden. Der gemessene Druck in der Spezifikation beträgt 0,07 kPa (0,01 lb/in²), während in dieser Arbeit 0,014 kPa (0,002 lb/in²) verwendet wurden.

Wasserabsorptionskapazität: Das ASTM-Verfahren D1117 legt den Startpunkt für die Entwicklung der Wasserabsorptionskapazität und Absorptionszeitprüfung fest, die verwendet wurden. Wägungen befeuchteter Proben wurden jedoch in häufigen Intervallen während der ersten sechs Stunden der Tauchung durchgeführt und eine weitere Wägung wurde durchgeführt nach vierundzwanzig Stunden (Verfahren D1117 erfordert nur eine Wägung der befeuchteten Probe). Ein spezieller Probenhalter und eine wiederholbare Technik für das Abfuhren von Überschußwasser vor jeder Wägung wurde nach einigen anfänglichen Experimenten übernommen.

Trocknungszeit: Nach jeder Absorptionskapazitätsprüfung erfolgten Wägungen in halbstündigen Intervallen mit der Probe in Luft getrocknet auf einem Drahtgestell in einer Atmosphäre von 21ºC (70ºC) und 65% relativer Feuchte.

Lagen-Zusammenhalt: Ein Prüfmuster von 5,1 cm (2 Zoll) Dicke, rund mit 14,5 cm (5,7 Zoll) Durchmesser wurde aus jeder Lage ausgeschnitten. Jede Probe wurde so gefaßt, daß sie in Richtung senkrecht zu der Lagenebene auseinandergezogen werden konnte, d.h. die Dehnung wurde geprüft in Richtung quer zur Dicke. Die Resultate wurden aufgezeichnet in Ausdrücken der Dehnfestigkeit zum Zeitpunkt der anfänglichen Lagentrennung und ausgedrückt als Extensionsverhältnisse, die definiert sind als der Verhältnis der Lagendicke bei der Trennung oder dem Aufreißen zu der ursprünglichen Lagendicke unter null Belastung.

Kluster-Zusammenhalt: Einzelne Kluster mit einem Gewicht von 60 mg und Durchmessern von 3,05 bis 3,15 cm (1,20 bis 1,25 Zoll) wurden in einer Dehnprüfmaschine mit leichtgewichtigen Federwirkungsklauen montiert. Die Klauenflächen waren mit Gummi beschichtet und maßen 0,64 x 0,64 cm (0,25 x 0,25 Zoll). Sie wurden beabstandet zum Herbeiführen einer Anfangsöffnung (Maßlänge) von 1,91 cm (0,75 Zoll). Die maximale erreichte Kraft, die beim Auseinanderziehen und vollständigen Trennen jedes Klusters erreicht wurde, wurde aufgezeichnet.

Die Daunen, die in den Beispielen durchgehend verwendet wurden, waren eigentlich ein Gemisch aus Daunen und Federn, 80/20 im Gewicht, gemäß MIL-F-43097G, Typ II, Klasse I. Dieses Gemisch wird üblicherweise und im Handel als "Daunen" bezeichnet und wird hier als "Daune" in Bezug genommen.

Entsprechend U.S.-Patent Nr. 4,588,635 wurde eine Quantität gesponnener und gereckter 3,05 cm (1,2 Zoll) langer Mikrofasern mit einem Durchmesser von 7,5 Mikron bereitgestellt. Die Fasern wurden mit einem Silikon-Finish geschmiert. Die gesponnenen und gereckten Mikrofasern waren Polyester und wurden gereckt zum Erzielen eines relativ hohen Dehnmoduls 54 bis 81 g/dtex (60 bis 90 g/den), was erheblich zu einem hohen Biegemodul beitrug. Nach dem Recken wurden sie gekräuselt, in Stapel geschnitten und sorgfältig in einer Karde geöffnet oder getrennt. Die mittlere Kräuselfrequenz war 5,5/cm (14/Zoll) und die mittlere Kräuselamplitude war 0,10/cm (0,04/Zoll). Die Fülle und die Kompressionskennwerte wurden weiter verbessert durch das Vermengen mit 10 Gewichtsprozent Makrofasern desselben Polyesters (Polyethylenterephthalat) mit einem Durchmesser von 25,5 Mikron. Die Makrofasern wurden geschmiert mit einem Silikon-Finish und waren charakterisiert zum Teil durch eine Stapellänge von 5,6 cm (2,2 Zoll), eine mittlere Kräuselfrequenz von 3,4/cm (8,5/Zoll) und eine Kräuselamplitude (Mittelwert) von 0,15 cm (0,06 Zoll). Das Gemenge wurde in eine Lage kardiert. Die physikalischen Eigenschaften der Lage sind in Tabelle I unten wiedergegeben.

Die Prozedur des Vergleichsbeispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die hier verwendete Makrofaser ersetzt wurde durch 20 Gewichtsprozent ungekräuselter Poly(P-Phenylterephthalamid)-Fasern mit einem Durchmesser von 12 Mikron, einer Länge von 7,6 cm (3,0 Zoll) und einem Silikon-Schmiermittel-Finish. Die physikalischen Eigenschaften des gebildeten Materials sind in Tabelle I unten wiedergegeben.

Eine Quantität von 0,55 dtex (0,5 denier) von Polyester-Mikrofaser mit 7,5 Mikron Durchmesser, die gesponnen, gereckt zu einer Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt worden waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon-Finish behandelt, das Gleitbarkeit und Wasserabweisung bewirkte. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit einer 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfaser vom Seite- an-Seite-Typ (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Das Vermengen wurde erzielt, indem man das gemischte Fasermaterial mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine unterwarf. Das Mischungsverhältnis betrug 90/10 Mikrofaser/Binder-Makrofaser nach Gewicht. Nachdem die vermischten Fasern gleichförmig vermengt wurden und geöffnet wurden, wurden die Kardenwickel (Ausgangsbahnen von der Kardiermaschine) gefaltet, um Lagen zu bilden. Der anschließende Verarbeitungsschritt bestand darin, daß die Lagen in einem Ofen während 5 Minuten 160ºC (320ºF) ausgesetzt wurden zum Erzielen thermoplastischer Haftungen zwischen Mikrofasern und Binder-Makrofasern sowie zwischen Binder-Makrofasern. Diese Bindungen stellten sicher, daß jede Lage eine zusammenhaltende, nicht trennbare Faserkomposition darstellte.

Die hergestellten Lagen wurden gemäß den oben beschriebenen Prüfprozeduren untersucht, und die Ergebnisse sind in der unten stehenden Tabelle I wiedergegeben.

Eine Quantität an 0,55 dtex (0,5 denier) Polyester-Mikrofasern mit 7,5 Mikron Durchmesser, die gesponnen, gereckt zu einer Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt worden waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon- Finish behandelt, das Geschmeidigkeit und Wasserabstoßung verlieh. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfasern des Seite-an- Seite-Typs (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Das Vermengen wurde erzielt, indem das vermischte Fasermaterial mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine unterworfen wurde. Das Mischungsverhältnis betrug gewichtsmäßig 90/10 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Nachdem die gemischten Fasern gleichförmig vermengt und geöffnet wurden, wurde der Kardenwickel (Ausgang der Kardiermaschine) in Kluster aufgetrennt. Diese Kluster waren mehr oder weniger kugelförmig mit einem mittleren Durchmesser von 1,91 cm (0,75 Zoll) und mit einem mittleren Gewicht von 15 mg. Die Klusterbildung wurde im Labor durch Manipulation von Hand erzielt, obwohl mindestens zwei kommerzielle Verfahren für die Überführung von kardierten Fasern in Kluster oder Kugeln bekannt sind. Der Abschlußschritt der Verarbeitung war, die daunenähnlichen Kluster in einem Ofen einer Temperatur von 160ºC (320ºF) während 5 Minuten auszusetzen zum Herstellen thermoplastischer Bindungen zwischen den Mikrofasern und Binder-Makrofasern sowie zwischen Binder-Makrofasern. Diese Bindungen machten jeden einzelnen Kluster zu einer zusammenhaltenden, unauftrennbaren Einheit.

Die vorbereiteten Kluster wurden untersucht gemäß den Prüfprozeduren, die oben beschrieben wurden, und die Resultate sind unten in Tabelle I wiedergegeben.

Eine Quantität von 0,55 dtex (0,5 denier) Polyester-Mikrofaser mit 7,5 Mikron Durchmesser, die gesponnen, gereckt zu einer Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt worden waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon-Finish behandelt, das Geschmeidigkeit und Wasserabstoßung verlieh. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfaser des Seite-an-Seite- Typs (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Das Vermengen wurde erzielt durch Unterwerfen des gemischten Fasermaterials mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine. Das Mischungsverhältnis betrug gewichtsmäßig 85/15 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Nachdem die vermischten Fasern gleichförmig vermengt und geöffnet worden waren, wurden Kardenwickel (Ausgänge von der Kardiermaschine) gefaltet zur Bildung von Lagen. Der abschließende Verarbeitungsschritt bestand in einem Aussetzen der Lagen in einem Ofen während 5 Minuten einer Temperatur von 160ºC (320ºF) zum Erzielen thermoplastischer Bindungen zwischen Mikrofasern und Binder- Makrofasern sowie zwischen Binder-Makrofasern. Diese Bindungen stellten sicher, daß jede Lage eine zusammenhaltende, nicht trennbare Faserkomposition bildete.

Die vorbereiteten Lagen wurde untersucht gemäß den Prüfprozeduren, die oben beschrieben wurden, und die Resultate sind in Tabelle 1 unten wiedergegeben.

Der in diesem Beispiel erzeugte Isolator wurde verwendet zum Herstellen von Jacken, Schlafsäcken und Steppdecken. Bei allen wurde festgestellt, daß sie thermische Isoliergüte äquivalent oder besser als jene hatten und behielten, die man bei Verwendung von Daunen als Isolierstoff erhielt.

Eine Quantität von 0,55 dtex (0,5 denier) Polyester-Mikrofaser mit 7,5 Mikron Durchmesser, die gesponnen, gereckt zu Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon-Finish behandelt, das Geschmeidigkeit und Wasserabstoßung verlieh. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfaser des Seite-an-Seite-Typs (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Das Vermengen wurde erzielt, indem das gemischte Fasermaterial mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine unterworfen wurde. Das Mischungsverhältnis betrug gewichtsmäßig 85/15 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Nachdem die gemischten Fasern gleichförmig vermengt und geöffnet wurden, wurde der Kardenwickel (Ausgang der Kardiermaschine) in Kluster aufgetrennt. Diese Kluster waren mehr oder weniger sphärisch in ihrer Form mit einem mittleren Durchmesser von 1,91 cm (0,75 Zoll), mit einem mittleren Gewicht von 15 mg. Die Klusterformung wurde im Labor durch Manipulation von Hand erzielt, obwohl mindestens zwei kommerzielle Prozesse für die Überführung von kardierten Fasern in Kluster oder Lagen bekannt sind. Der abschließende Verarbeitungsschritt war, die daunengleichen Kluster in einem Ofen einer Temperatur von 160ºC (320ºF) für 5 Minuten auszusetzen zum Erzielen thermoplastischer Bindungen zwischen Mikrofasern und Binder-Makrofasern und zwischen Binder-Makrofasern. Diese Bindungen machten jeden einzelnen Kluster zu einer zusammenhaltenden, nicht trennbaren Einheit.

Die vorbereiteten Kluster wurden untersucht gemäß den Prüfprozeduren, die oben beschrieben wurden, und die Resultate sind in Tabelle I unten wiedergegeben.

Eine Quantität an 0,55 dtex (0,5 denier) Polyester-Mikrofaser mit 7,5 Mikron Durchmesser, die versponnen, gereckt zur Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt worden waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon-Finish behandelt, das Geschmeidigkeit und Wasserabstoßung verleiht. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfaser vom Seite-an-Seite- Typ (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Das Vermengen wurde erzielt, indem das vermischte Fasermaterial mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine unterworfen wurde. Nachdem die vermischten Fasern gleichförmig vermengt und geöffnet worden waren, wurden die Kardenwickel (Ausgangsbahnen aus der Kardiermaschine) gefaltet zur Bildung von Lagen. Der abschließende Verarbeitungsschritt war, die Lagen bei 160ºC (320ºF) in einem Ofen 5 Minuten zu behandeln zum Erzielen thermoplastischer Bindungen zwischen Mikrofasern und Binder-Makrofasern sowie zwischen Binder- Makrofasern. Diese Bindungen stellten sicher, daß jede Lage eine zusammenhaltende, nicht trennbare Faserkomposition darstellte.

Die vorbereiteten Lagen wurden untersucht gemäß den Prüfprozeduren, die oben beschrieben wurden, und die Ergebnisse sind in Tabelle I unten wiedergegeben.

Eine Quantität an 0,55 dtex (0,5 denier) Polyester-Mikrofaser mit 7,5 Mikron Durchmesser, die versponnen, gereckt zur Stapellänge von 3,0 cm (1,2 Zoll) geschnitten und gekräuselt worden waren, wurde zunächst in einer drahtausgekleideten Kardiermaschine geöffnet. Die geöffnete Faser wurde dann geputzt, getrocknet und mit einem Silikon-Finish behandelt, das Geschmeidigkeit und Wasserabstoßung verleiht. Die Mikrofaser wurde dann kombiniert und gleichförmig vermengt mit 4,4 dtex, 5,1 cm (4 denier, 2 Zoll) langen Polyester-Binderfaser des Seite-an-Seite- Typs (Typ TJ04S2, erhältlich von Teijin). Die Vermengung wurde erzielt, indem das vermischte Fasermaterial mehreren Durchgängen durch eine Kardiermaschine unterworfen wurde. Das Mischungsverhältnis betrug gewichtsmäßig 80/20 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Nachdem die vermischten Fasern gleichförmig vermengt und geöffnet worden waren, wurden die Kardenwickel (Ausgang der Kardiermaschine) in Kluster aufgeteilt. Diese Kluster waren mehr oder weniger kugelig mit einem mittleren Durchmesser von 1,91 cm (0,75 Zoll) und mit einem mittleren Gewicht von 15 mg. Die Klusterbildung wurde im Labor durch Manipulation von Hand erzielt.

Der abschließende Verarbeitungsschritt war, die daunenartigen Kluster einer Temperatur von 160ºC (320ºF) während 5 Minuten in einem Ofen auszusetzen zum Erzielen thermoplastischer Bindungen zwischen den Mikrofasern und den Binder-Makrofasern sowie zwischen den Binder-Makrofasern. Diese Bindungen machten jeden einzelnen Kluster zu einer zusammenhaltenden, nicht trennbaren Einheit.

Die vorbereiteten Ktuster wurden untersucht gemäß den Prüfprozeduren, die oben beschrieben wurden, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

Man kann aus der obigen Tabelle I ersehen, daß die Isolierwirkung jedes der Beispiele 1 bis 6 der Erfindung, wie charakterisiert durch die Daten der scheinbaren thermischen Leitfähigkeit und der Strahlungsparameterwerte, sich sehr stark denen der Daunen/Federmischung annähern und denen der Vergleichsbeispiele 1 und 2. Der Isolationswert des Materials, hergestellt gemäß der Erfindung, wie belegt durch Beispiel 2, bei dem die scheinbare thermische Leitfähigkeit/Dichtediagramme für Daunen/Federn und die synthetischen Kluster des Beispiels 2 zeigen sich als nahezu koinzident. Man kann aus Tabelle I entnehmen, daß die mechanische Güte der Beispiele 1 bis 6, wie charakterisiert, durch minimale Dichte Kompressionsbelastung, Kompressionserholung, Kompressionsarbeit und Rückfederung sich in vorteilhafter Weise vergleichen lassen in den meisten Fällen mit der mechanischen Güte des Daunen/Federgemisches und der Vergleichsbeispiele 1 und 2.

Unterschiede bestehen jedoch unter den Werten für zwei wichtige mechanische Güteindikatoren; jene der minimalen Dichte (Fülle) und der Kompressionserholung. Die Minimaldichte- und Kompressionserholungswerte für die Lagen der Beispiele 1, 3 und 5 zeigen sich als unterlegen in ihrer Güte im Vergleich mit den Daunen/Federn und Vergleichsbeispielen 1 und 2, während die Kompressionserholungswerte für die Klusterformen der Beispiele 2, 4 und 6 eine deutliche Güteverbesserung gegenüber Daunen/Federn anzeigen. Die Minimaldichte- (Fülle) Werte für die Klusterformen sind nahezu gleich jenen von Daunen/Federn und den nicht verhafteten Vergleichsbeispielen 1 und 2. Dieser Vorteil der mechanischen Güte der synthetischen Kluster ist eine unmittelbare Konsequenz, der Unterschied in der Faserorientierung. Eine Aggregation von Klustern, wie jene der Beispiele 2, 4 und 6 (und wie man sie bei typischen Isolatoranwendungen einsetzen würde), bildet eine Ansammlung von Fasern in zufälliger Orientierung. Dies steht in deutlichem Kontrast zu der geordneten Faserorientierung der Lagenform. Ein großer Anteil der Fasern, aus denen jede Lage besteht, liegt mehr oder weniger parallel zur Ebene der Lage und trägt relativ wenig bei zu deren Fülligkeit und Kompressionselastizität. In der Klusterform bewirkt die zufällige Faserorientierung, daß einige Fasern senkrecht zu oder nahezu senkrecht zu der Isolationsebene stehen. Diese Fasern sind nämlich strukturelle Säulen. Sie verbessern die Fülligkeit der Komposition und durch elastische Verbiegungen und Auswölbungen verbessern sie erheblich die Kompressionserholung des Isolators.

Eine weitere Überprüfung der Tabelle I verdeutlicht die erhebliche Verbesserung der Güte während und nach der Wasserexposition, wodurch sich die Beispiele 1 bis 6 im Vergleich von dem Daunen/Federgemisch unterscheiden. Dichtewerte für die Beispiele 1 bis 6 bei "6 Stunden Befeuchtung", "30 Minuten Trocknung" und "6 Stunden Trocknung" Intervallen in dem Befeuchtungs/Trocknungszyklus sind viel niedriger als jene für Daunen/Federn, was anzeigt, daß die Beispiele bis 6 ihre Fülle behalten, wenn sie feucht sind und höchstwahrscheinlich ihren Isolationswert in viel größerem Maße, als dies für Daunen der Fall ist. Die Resistenz gegenüber Befeuchtung und die Resistenz gegenüber Verlust an Fülle im nassen Zustand sind inhärente Vorteile der hier beschriebenen Faserkombination. Die hydrophobe Natur von Polyester und die Mikroporenstruktur des Isolators werden als Beiträge zu diesen wünschenswerten Charakteristiken vermutet.

Mehrere weitere Vergleichsbeispiele wurden vorbereitet für den Zweck der Dokumentation der Isolatorstabilität und des Zusammenhalts, wie manifest geworden durch Untersuchung und Handhabung der Beispiele 1 bis 6 oben. Diese Vergleichsbeispiele waren wie folgt:

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt zum Erzeugen einer anderen Lage mit einem gewichtsmäßigen Fasermischverhältnis von 90/10 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Der abschließende Verarbeitungsschritt, der für Beispiel 1 beschrieben wurde, nämlich die Wärmebehandlung, wurde jedoch weggelassen, um eine nicht verhaftete Lage für Vergleichszwecke zu erhalten.

Das Verfahren des Beispiels 5 wurde wiederholt zum Erzeugen einer anderen Lage mit einem gewichtsmäßigen Fasermischverhältnis von 80/20 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Der abschließende Verarbeitungsschritt, der für Beispiel 5 beschrieben wurde, nämlich die Wärmebehandlung, wurde jedoch weggelassen, um eine nicht verhaftete Lage für Vergleichszwecke zu erhalten.

Die grundlegende Prozedur von Beispiel 4 wurde wiederholt zum Erzeugen einer anderen Kollektion von Klustern mit einem gewichtsmäßigen Fasermischverhältnis von 85/15 Mikrofaser/Binder-Makrofaser, mit der Ausnahme, daß der abschließende Wärmebehandlungsschritt weggelassen wurde. Die Kluster, die erzeugt wurden, unterschieden sich von jenen des Beispiels 4 dadurch, daß ihr mittlerer Durchmesser 3,0 cm (1,2 Zoll) betrug, ihr mittleres Gewicht betrug 60 mg, und sie waren nicht verhaftet.

Ein zusätzliches Beispiel des Gegenstandes der Erfindung wurde ebenfalls vorbereitet zum weiteren Erleichtern der Dokumentation für Stabilität und Zusammenhalt von Isolationsmedien, die gemäß der Erfindung hergestellt werden. Dieses Beispiel war wie folgt:

Die Basisprozedur des Beispiels 4 wurde wiederholt zum Erzeugen einer anderen Kollektion von Klustern mit einem gewichtsmäßigen Fasermischverhältnis von 85/15 Mikrofaser/Binder-Makrofaser. Die erzeugten Kluster unterschieden sich von jenen des Beispiels 4 nur in Größe und Gewicht. Die Kluster dieses Beispiels, wie jene des Vergleichsbeispiels 5, hatten einen mittleren Durchmesser von 3,0 cm (1,2 Zoll) und ein mittleres Gewicht von 60 mg. Die Kluster dieses vorliegenden Beispiels wurden jedoch einer Ofenbehandlung unterworfen bei 160ºC (320ºF) während 5 Minuten zum Erzielen thermoplastischer Bindungen zwischen den Mikrofasern und den Binder-Makrofasern sowie zwischen den Binder-Makrofasern.

Isolierende Lagen von Beispielen 1 und 5 des Gegenstands der Erfindung und der Vergleichsbeispiele 3 und 4 wurden untersucht, wobei der Lagenzusammenhalt-Test, der oben beschrieben wurde, angewandt wurde, und die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.

Man versteht aus der obigen Beschreibung der Beispiele und der Vergleichsbeispiele (1), daß die Lagen des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 3 ähnlich sind in Bezug auf die Fasertypen und proportionalen Anteile von Fasern, die sie enthalten, und (2) daß sie sich insoweit unterscheiden, daß nur die Lage des Beispiels 1 der Ofenbehandlung unterworfen wurde zum Erzielen der Faser-Faser-Haftung. In ähnlicher Weise sind die Lagen von Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 4 in der grundsätzlichen Zusammensetzung gleich, unterscheiden sich jedoch darin, daß nur Beispiel 5 die Faser-Faser-Haftungen enthält.

Der wichtige Effekt der Faser-Faser-Haftung auf den Zusammenhalt der Lagen der vorliegenden Erfindung, insbesondere auf jene der Beispiele 1 und 5, zeigt sich durch die hohen Längungsverhältnisse, die am Punkt der anfänglichen Lagentrennung gemessen wurden und in Tabelle II zusammengefaßt sind. Die hohen Längungsverhältnisse dieser Ausführungsformen stehen in direktem Kontrast zu den niedrigen Verhältnissen, die für die Vergleichsbeispiele 3 und 4 gemessen worden sind (ebenfalls in Tabelle II wiedergegeben).

Übereinstimmenderweise wird die Wichtigkeit der Faser-Faser- Haftungen auf den Zusammenhalt und die Integrität der einzelnen Kluster belegt durch den Vergleich der mittleren Trennkraft, gemessen für die Kluster des Beispiels 7, mit der mittleren Kraft, gemessen für jene des Vergleichsbeispiels 5, wie in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben:

Die oben wiedergegebenen Resultate repräsentieren eine überraschend hohe 13,7-fache Zunahme der mittleren Kluster-Trennkraft.

Verhaftete Strukturen wurden in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 erläutert, hergestellt unter Verwendung eines Gemisches von Makrofasern. In jedem Beispiel sind die Mikrofasern 0,55 dtex (0,5 denier) Polyesterfaser. Die Makrofasern waren ein Gemenge von einer 4,4 dtex (4 denier) Polyester-Binderfaser, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einer 1,5 dtex (1,4 denier) Versteifungsfaser aus "Kevlar 49".

Die Ergebnisse sind in Tabelle IV wiedergegeben. Die Prozentsätze, die für die Bestandteile am Kopf jeder Beispielskolonne wiedergegeben sind, sind Gewichtsprozent, wobei die erste Zahl die Gewichtsprozente der Mikrofasern (Polyester) angibt, die zweite Zahl den Gewichtsprozentsatz von Polyester-Makrofaser und die dritte Zahl die Gewichtsprozente von "Kevlar"-Versteifungsfaser bedeuten. Demgemäß hat 80/10/10 die Zusammensetzung:

0,55 dtex (0,5 denier)

Polyester-Mikrofaser 80 Gewichtsprozent

4,4 dtex (4 denier)

Polyester-Makrofaser 10 Gewichtsprozent

1,5 dtex (1,4 denier)

"Kevlar 49"-Versteifungsfaser 10 Gewichtsprozent