DE1948412C3

DE1948412C3 - Flammwidriges Textilerzeugnis

Info

Publication number: DE1948412C3
Application number: DE1948412A
Authority: DE
Inventors: James Eggertsville Economy; Francis J. Tonawanda Frechette; Luis C. Lewiston Wohrer
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax I LLC
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE1948412A1; US3628995A; GB1259829A; DE1948412B2; FR2019820A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein flarnmwidriges Textilerzeugnis.

Für viele Zwecke, z. B. zur Herstellung feuerfester Schutzkleidung, aber auch von Gardinen, Stores, DekoE^-tionsstoffen und Polsterbezügen, die in öffentlichen Gebäuden, Kaufhäusern usw. verwendet werden sollen, werden flammwidrige Textilien benötigt. Auch Schlafanzüge für Kinder, sowie viele Kleidungsstücke » für besondere Zwecke, wie Arbeitsanzüge für Schweißer und Stahlarbeiter, Bekleidungsgegenstände für Feuerwehrleute und bestimmte militärische Kleidungsstücke werden zweckmäßigerweise aus flammwidrigen Textilien hergestellt.

Unter »flammwidrigen Textilerzeugnissen« sind hier Textilien zu verstehen, die entweder überhaupt nicht entflammbar sind oder aber bei Annäherung einer Flamme sich zwar entzünden und glühen, jedoch keine Flamme entwickeln und nach Entfernen der Zündquelle alsbald wieder erlöschen. Textilien, die bei Annäherung einer Flamme sich entzünden und mit einer Flamme brennen, nach Entfernen der Flamme jedoch wieder erlöschen, werden besser als »selbsterlöschend« bezeichnet.

Textilien aus Mineralfasern, z. B. aus Asbest- oder Glasfasern, sind flammwidrig oder sogar feuerfest, haben aber Nachteile, die ihren Gebrauch stark einschränken. Daraus hergestellte Kleidung ist steif und infolgedessen unbequem zu tragen, außerdem führen die rauhen Fasern leicht zu Hautreizungen. Normalerweise müssen sie mit organischen Fasern gemischt werden, um ein Gewebe von annehmbarer Festigkeit und Geschmeidigkeit zu erhalten. Bei Hitzeeinwirkung zersetzt sich jedoch der organische Faseranteil, und das Asbest- öder Glasfasergewebe wird spröde Und kann zerfallen. Gläsfasern verliefen oberhalb 350° C ihre Festigkeit Und Asbestfasern werden oberhalb 550° G brüchig,

Wolle Und andere Tierfasern haben eine Verhältnismäßig höhe; Entzündungstemperatur üiid brennen nur langsam. Bei der Verbrennung entsteht eine voluminöse, spröde Asche, so daß brennende Wolle leicht auseinanderfällt. Baumwolle und andere Zellulosefasern sind ohne chemische Behandlung, die aber nur einen begrenzten Wert hat, leicht entflammbar.

Die meisten zur Herstellung von Textilien verwendeten synthetischen Fasern schmelzen rasch bei Einwirkung einer Flamme oder beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 150° C. Beispielsweise schmelzen Polyäthylenfasern zwischen 110 und 120° C, Fasern aus linearen Polyestern bei etwa 250° C, Polyacrylnitril-Fasern bei etwa 250° C und Fasern aus den üblichen Polyamiden zwischen 210 und 250° C. Ihre Festigkeit verlieren diese synthetischen Fasern jedoch schon bei Temperaturen, die weit unter den Schmelzpunkten liegen.

Fasern aus Polyacrylnitril und Polytetrafluoräthylen gelten als flammwidrig und sind auch set *^rer- oder nicht entflammbar. Bei Hitzeeinwirkung tritt jedoch Zersetzung ein, und es können sehr giftige Dämpfe entstehen.

Man hat auch schon Textilien durch Beschichten mit Kunstharz flammwidrig gemacht (US-Patentschrift 2167234 und 3620902).

Derart beschichtete Textilien sind zwar schwerer entflammbar als die unbehandelten Naturfasern haben aber auch Nachteile, die ihre Verwendbarkeit einschränken. So verlieren sie bei Hitzeeinwirkung, auch wenn sie nicht in Brand geraten, ihre Festigkeit und sind daher für manche Zwecke, beispielsweise zur Herstellung von Schutzkleidung, nicht oder nur begrenzt brauchbar. Außerdem sind diese Textilien steif und unelastisch, so daß daraus hergestellte Schutzkleidung unbequem zu tragen ist und in ausgeprägten Fällen die Träger der Schutzkleidung bei den auszuführenden Arbeiten behindern kann.

Auch bei anderen Anwendungen können beschichtete Textilien nicht voll befriedigen, weil sie steif sind und sich schwer verarbeiten lassen. Das gilt z. B. für Dekorationsstoffe, an deren Flammwidrigkeit vielfach besonders hohe Ansprüche zu stellen sind.

Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an einem Textilmaterial, das nicht brennbar ist, bei Hitzeeinwirkung nicht schmilzt, eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, in Form von Schutzkleidung nicht unbequem und hinderlich ist und das bei sehr starker Hitzeeinwirkung zwar verkohlt, aber Kohlefasern bildet, die eine ausreichende Festigkeit haben um ein Stützgerüst zu bilden, das dem Erzeugnis für eine gewisse Zeit Formbeständigkeit verleiht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem flarrmwidrigen Textilerzeugnis dadurch gelöst, daß es aus unschmelzbaren Fasern aus ausgehärteten Kondensationsprodukten von Phenolen und Aldehyden besteht, die mit Fasern aus der Gruppe tierische Fasern, Polyamidfasern, Polyacrylnitrilfasern, Fluorcarbonfasern, Glasfasern, Mineralfasern, Baumwollfasern, Reyonfasern, Polyesterfasern. Polyolefinfasern, Polyvinylfasern und Gemischen davon gemischt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.:

Die flammwidrigen Textilerzeugnisse gemäß der Erfindung bestehen demnach aus Künstfasern, die aus zu Fäden verspinnbaren Und aushärtbaren Kondensat tionsprodukten Vöri Phenolen und Aldehyden hergestellt sind (und die im folgenden als Phenolharzfasern bezeichnet Werden), Diese flammwidrigen Textiler« Zeugnisse enthalten neben den Phenölharzfasef η noch ändere schwere entflammbare öder flämmwidrige Fasern, Wie Wolle, Seide, Polyamid-Fasern, Polyacrylni-

tril-Fasern, Mineral- und Glasfasern, Fluorcarbon-Fasern, chemisch behandelte Baumwolle, Kunstseide (Reyon) und andere. Diese Fasern können die Verschleißfestigkeit erhöhen und Feuchtigkeit besser zurückhalten. Für bestimmte Anwendungszwecke kann man den Phenolharzfasern auch Fasern von geringer Flammwidrigkeit, beispielsweise aus Baumwolle, beimischen. Der Anteil dieser zugesetzten Fasern und die Art der Beimischung beeinflussen naturgemäß die Eigenschaften des textlien Verbunderzeugnisses. Brennbare Fasern werden am besten als Seelen in Garne eingearbeitet. Man kann aber auch solche Fasern mit Phenolharzfasern umhüllen. Selbst kleine Anteile von Phenolharzfasern verhindern das Tropfen schmelzender Polymere beim Brennen bestimmter is synthetischer Fasern.

Am besten enthalten die flammwidrigen Textilerzeugnisse mindestens 35 Gew.-% Phenolharzfaser.

Phenolharze sid Kondensationsprodukte aus Phenolen und Aldehyden. Geeignete Phenole und Aidehyde sowie Verfahren zur Herstellung von Phenolharzen sind bekannt, so daß sie hier nur kurz skizziert zu werden brauchen. Phenolharze sind in erster Linie Reaktionsprodukte von Phenol und Formaldehyd. In Abwesenheit eines Katalysators verläuft die Reaktion von Phenol mit Formaldehyd nur langsam, so daß zur Beschleunigung der Reaktion fast immer ein Katalysator zugesetzt wird. Die Natur des Reaktionsproduktes hängt wesentlich davon ab. ob ein saurer oder ein basischer Katalysator verwendet wird; außerdem spielt das Verhältnis von Phe,".ol zu Formaldehyd eine wichtige Rolle. Bei Verwendung eines alkalischen Katalysators und einem Molverhailtnii -on Formaldehyd zu Phenol größer als 1:1 werden als primäre Reaktionsprodukte Phenolalkohole mit reaktionsfähigen Methylolgruppen gebildet, die als Resole bezeichnet werden. Benutzt man saure Katalysatoren und ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol etwas kleiner als 1:1, sind die primären Reaktionsprodukte wahrscheinlich ebenfalls Phenolalkohole, die sich jedoch schnell zu Diphenylmethan-Derivaten umlagern, die als Novolake bezeichnet werden. Resole kondensieren beim Erwärmen unter Wasserabspaltung zu dreidimensionalen Makromolekülen, die durch Methylenbrücken vernetzt sind. Diese Resite sind unlöslich, unschmelzbar und nicht brennbar. Novolake werden beim Erwärmen zähflüssig und bleiben schmelzbar; sie können durch Zufuhr von weiterem Formaldehyd, das meist aus zugesetztem Hexamethylentetramin beim Erwärmen in Gegenwart eines Katalysators abgespalten wird, ausgehärtet v/erden.

Phenolharzfasern können aus Resolen und Novolaken oder einer Kombination beider in verschiedenen Anteilen hergestellt werden. Mit Hilfe von reagierenden oder nicht reagierenden Zusätzen und Modifikatoren im Hinblick auf den Endverwendungszweck beeinflußt und verändert werden. Werden Resole als Ausgangsmaterial verwendet, müssen sie vor dem Verspinnen zu Fäden getrocknet werden, Die Fäden werden aus der zähflüssigen Masse gesponnen und durch vorsichtiges und sanftes Erwärmen unschmelzbar gemacht. Zusätzliche Methylolgruppen oder Katalysatoren sind für eine vollständige Aushärtung nicht erforderlich· Die Faden bleiben jedoch bis zum völligen Aushärten klebrig und dürfen sich deshalb bis dahin nicht berühren, da sie sonst zusammenbau ken. Der Zusatz eines Novolaks zu dem Resol verringert die Neigung zum Zusammenbacken, Beim Verspinnen eines reinen Novolaks zu Fäden tritt kein Zusammenbauen ein, selbst wenn die Fäden fest auf einer Spule aufgewickelt werden. Das Aushärten der Novolakfäden ist verhältnismäßig einfach. Der Aushärtungsprozeß wird von dem mittleren Molekulargewicht des Kunstharzes bestimmt. Die Her-Stellung von Phenolharzfasern aus Novolaken ist bereits durchgeführt worden.

Textilerzeugnisse können aus Phenolharz-Monofilamenten oder aus Garnen gewebt oder gewirkt werden, die aus Phenolharz-Stapelfasern hergestellt sind. Stapelfasern werden nach dun in der Textiltechnik gebräuchlichen Verfahren zu Garn verarbeitet. Andere Fasern, die mit Phenolharzfasern gemischt werden sollen,' können entweder als Stapelfasern vor dem Schlagen beigemischt, als Kernfäden eingeführt oder beim Weben als Schuß- oder Kettgarn verwendet werden. Für die Garnherstellung eignen sich Baumwoll- und Kammgarnspinnsysteme.

Zur Feststellung der überlegenen Flammwidrigkeit von Textilerzeugnissen aus Phenolharzfasern sind folgende Versuche ausgeführten worden. Um den Einfluß veränderlicher Größen, wie Art und Festigkeit von Geweben, auszuschalten, sind Stapelfasern geprüft worden. Zwei Gramm Stapelfasern aus folgenden Materialien werden zu Kugeln mit einem Durchmesser von 5 cm geformt. Verglichen werden Fasern aus Baumwolle, Reyon, Wolle, Hochtemperatur-Polyamid, Polyacrylnitril und Phenolharz. Die Versuchskugeln werden auf einem Sieb 2,5 cm über den blauen Teil einer Gasflamme gehalten. Der Brenner hat eine Wärmeabgabeleistung von 3 kW (2500 kcal/h) und besteht aus 155 konischen Düsen. Die Flammenhöhe beim Verbrennen der Faserkugeln sowie die Gewichts- und Formänderung nach einer Prüfzeit von 10 und 60 see werden ermittelt und sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.

Entflammbarkeitsprüfung von Stapelfasern

	Flam	Kugeldurch	nach	Kugel	nach
	men	durchmesser	60s/	gewicht	60s/
Faser	höhe/	nach	cm	nach	g
material	cm	I Os/		10 s/
		cm		g
	23
Baum	38
wolle	38	2,5		0,75
Reyon		2,5		0,61
Wolle		2,5		0,82
Hochiem-	18		2		1,25
peratur-
Polyamid	31	2,5	1	1,69
Polyacryl	0		6,4		1,46
nitril	1,7	1,00
Phenolharz	6,4	1,75

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Phenolharzfasern gegenüber den anderen geprüften Fasern eine überlegene Flammwidrigkeit haben, Überraschen-· derweise lassen sich Phenölharzfasern nicht unter Bildung einer Flamme entzünden. Für ihre Verwendung ist besonders wichtig, daß sie ihre Form beibehalten, das heißt, nicht schrumpfen sondern verkohlen oder verkoken und daher beim Verweben ein Textiler^ Zeugnis ergeben, das selbst darin noch Schutz bietet, wenn es direkter Flammeneinwirkung ausgesetzt ist. Alle anderen Fasern schrumpfen beim Erhitzen er-

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heblich. (Aus den Angaben in derTabelle geht hervor, daß die Kugeln aus Phenolharz-Stapelfaser sich bei der Prüfung vergrößern. Dies ist jedoch die Folge einer Auflockerung der Kugeln und nicht die Folge einer Aufblähung der Fasern, die tatsächlich geringfügig schrumpien. Dagegen schrumpfen die Kugeln aus den übrigen Fasern infolge eines erheblichen Schrumpfens der Fasern selbst oder infolge Schmelzens der Faser.) Nach den gleichen Testverfahren sind Glas- und Asbestfasern mit Phenolharzfasern verglichen worden. Natürlich entzünden sich die Mineralfasern nicht; nach etwa 20 see in der Flamme schmelzen sie jedoch weg.

Textilerzeugnisse aus Phenolharzfasern bieten als Schutzkleidung bei der Feuerbekämpfung einen höheren Wärmeschutz als Asbest- oder Glasfasertextilien, weil die Phenolharzfasern eine geringere Wärmeleitfähigkeithaben, die nur etwa V₅ derjenigen von Mineralfasern beträgt.

Textilien aus Phenolharzfasern haben sich selbst beim Kontakt mit brennenden Flüssigkeiten als widerstandsfähig erwiesen, wenn sie nix einer flüssigkeitsundurchlässigen Schicht überzogen sind. Geeignete Beschichtungen sind beispielsweise festhaftende und biegsame Schichten aus Phenolharz oder Fluorcarbo η-Polymeren.

Die Erfindung ist nicht auf Textilerzeugnisse beschränkt, die zu 100% aus Phenolharzfasern bestehen. Vorteilhafterweise werden diese Fasern mit anderen flammwidrigen Fasern, beispielsweise solchen aus Wolle, wärmebeständigem Polyamid, Polyacrylnitril, Asbest oder Glas kombiniert. Durch Mischen der Phenolharzfasern mit einer Naturfaser, wie Baum-.wolle, wird das Aufnahmevermögen des Textilerzeugnisses für Feuchtigkeit erhöht, wodurch sich die Textilerzeugnisse bequemer tragen lassen. Durch Misehen der Phenolharzrasern mit Fasern aus speziellen Polyamiden und Polyacrylnitril läßt sich die Verschleißfestigkeit der Textilerzeugnisse erhöhen. Auch wenn die Polyamide schmelzen sollten, hält das von den Phenolharzfasern gebildete Gerüst die Schmelze bis zum Verkohlen in ihrer Lage. Die Widerstandsfähigkeit von Textilerzeugnissen aus Phenolharzfasern gegen längere Einwirkung miUelhoher Temperaturen (200 bis 800° C) kann dadurch verbessert werden, daß die Phenolharzfasern mit Mineralfasern, z. B. -aus Glas, Asbest oder Bornitrid, ',imischt werden. Unter bestimmten Umständen können selbst Fasern aus Baumwolle, Reyon, linearen Polyestern, Polyolefinen, Vinylpolymeren und anderen weniger flammwidrigen Stoffen mit Phenolharzfasern gemischt werden und ergeben flammwidrige Textilerzeugnisse, die immer noch schwer entflammbar und zumindest selbst erlöschend sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Flammwidriges Textilerzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß es aus unschmelzbaren Fasern aus ausgehärteten Kondensationsprodukten von Phenolen und Aldehyden besteht, die mit Fasern aus der Gruppe tierische Fasern, Polyamidfasern, Polyacrylnitrilfasern, Fluorcarbonfasern, Glasfasern, Mineralfasern, Baumwollfasern, Reyonfasern, Polyesterfasern, Polyolefinfasern, Polyvinylfasern und Gemischen davon gemischt sind.

2. Textilerzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens aus 35 Gew.-% Phenolharzfasern bestehL

3- Textilerzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Beschichtung versehen ist.

4. Textilerzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Phenolharzen oder Fluorcarbon-Polymeren besteht.