DE2209076A1

DE2209076A1 - Biegsames Flächengebilde

Info

Publication number: DE2209076A1
Application number: DE19722209076
Authority: DE
Inventors: William John Richmond Va. Sullivan (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-02-26
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1972-09-07
Also published as: GB1336691A; FR2127801A5; US3756908A

Description

E.I. DU PONT DE KEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.

Biegsames Flächengebilde

Die Erfindung betrifft synthetische, ungewebte Flächengebilde, und zwar insbesondere Papier aus synthetischen organischen Polymerisaten.

Ungewebte Flächengebilde, wie Papier, sind bekannt, z.B. aus der USA-Patentschrift 2 999 788. Diese Patentschrift beschreibt die Herstellung von Fibriden aus verschiedenen Polymerisaten sowie die Verwendung derselben zur Herstellung von synthetischem Papier. Es ist auch bekannt, dass Fibriden aus unschmelzbaren aromatischen Polyamiden zur Herstellung von Papier mit gutem Verhalten in der Wärme verwendet werden können, das der Zersetzung bei erhöhten Temperaturen widersteht und ein gutes-Wärmeisoliervermögen aufweist. Solches Papier eignet sich zur elektrischen Isolation bei hohen Temperaturen. Es hat sich auch als technisch wertvoll erwiesen, Fibriden mit kurzen Pasern (die gewöhnlich als "Flocken" bezeichnet werden) aus unschmelzbaren aromatischen Polyamiden zu kombinieren.

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Das oben beschriebene Papier wird gewöhnlich durch Kalandern bei hohen Temperaturen und Drücken in seinen mechanischen Eigenschaften verbessert; das Kalandern verleiht dem Papier jedoch nicht ημτ eine gute Zugfestigkeit, sondern es erhöht auch die Sprödigkeit desselben. Führt man das Kalandern unter weniger scharfen Bedingungen durch, um den Anstieg der Sprödigkeit zu verhindern, so findet man, dass das so erhaltene Papier eine technisch nicht zulässige Abnahme in seiner Bruchdehnung erlitten hat.

Viele der Papiere gemäss der Erfindung haben jedoch eine hohe Bruchdehnung und gleichzeitig nur eine geringe Sprödigkeit (die nachstehend als Biegefestigkeit bezeichnet wird). Ferner hat das Papier gemäss der Erfindung ein überraschend gutes Verhalten in der Wärme und eine gute Falzfestigkeit.

Gegenstand der Erfindung ist ein biegsames Flächengebilde, bestehend im wesentlichen aus einem ungewebten, unverschmolzenen innigen Gemisch aus (1) etwa 15 bis 90 Gewichtsprozent Fibriden aus einem unschmelzbaren aromatischen Polyamid und (2) etwa 10 bis 85 Gewichtsprozent kurzen Polyesterfasern. Die Flächengebilde zeigen ein gutes Verhalten in der Wärme, d.h. sie widerstehen der Zersetzung bei hohen Temperaturen, und haben ausserdem eine gute Biegefestigkeit.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sollen die erfindungsgemäss verwendeten Polyesterfasern einen Anfangsmodul von weniger als 85 und vorzugsweise weniger als 80 aufweisen. Aus solchen Fasern hergestelltes Papier weist eine hohe Bruchdehnung auf.

Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Fibriden zu Fasern mindestens 1:1 und für elektrische Isolationszwecke mindestens 1,2:1. Meist bilden die Fibriden mindestens 50 Gewichtsprozent und mitunter mindestens 60 Gewiohtsprozent des Papiers.

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Es wurde gefunden, dass biegsame Fläehengebilde aus ausgewählten Faserstoffen, nämlich aus Fibriden aus unschmelzbaren aromatischen Polyamiden und aus Polyesterfasern, ein gutes Verhalten in der Wärme, eine hohe Biegefestigkeit und je nach dem "betreffenden Polyester auch eine gute Bruchdehnung aufweisen.

Die Flächengebilde sind papierartig und lassen sich nach Yerfahren und mit Torrichtungen herstellen, wie sie in der Papierindustrie üblich sind. So kann man die Faserstoffe, d.h. die Fibriden und die kurzen Fasern, zusammen zu einem Gemisch aufschlämmen, das dann in der Langsiebmaschine oder durch Herstellen von Schöpfpapier in einer Handschöpfbütte mit einem Formsieb zu Papier verarbeitet wird.

Fibriden sind kleine, nicht-körnige.; faser- oder folienartige Teilchen, die nicht starr sind. Zwei ihrer drei Abmessungen sind von Mikron-G-rössenordnung. Infolge ihrer Kleinheit und Geschmeidigkeit lassen sie sich in mechanisch verflochtener Form ablegen, wie es gewöhnlich bei aus Holzzellstoff hergestelltem Papier der Fall ist. Fibriden können hergestellt werden, indem man ein Polymerisat aus seiner lösung in einer FibridenerZeugungsvorrichtung, wie sie in der USA-Patentschrift 3 018 091 beschrieben ist, unter der Einwirkung hoher Scherkräfte ausfällt.

Zur Verwendung gemäss der Erfindung werden die Fibriden aus unschmelzbaren aromatischen Polyamiden hergestellt. Aromatische Polyamide in diesem Sinne sind Polymerisate, in denen jede der

0 R

H I

wiederkehrenden Amideinheiten -G-N-, in der R ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, über das Stickstoff- und das Kohlenstoffatom an je ein Ringkohlenstoffatom zweier verschiedener aromatischer Ringreste gebunden ist. Als "aromatischer Ring" wird hier ein Resonanz aufweisender carbocyclischer Ring bezeichnet. Als "unschmelzbar" werden Polymerisate bezeichnet, die sich bereits zersetzen, bevor sie zu schmelzen beginnen.

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Die unschmelzbaren aromatischen Polyamide können durch Umsetzung eines aromatischen Dicarbonsäurechlorids mit einem aronatischen Diainin hergestellt' werden. Die Carbonylgruppen des Dicarbonsäurechlorids und die Aminogruppen des Diamine können in o-, p- oder m-Stellung zueinander stehen; die m-Stellung wird bevorzugt. Die Umsetzung erfolgt bei niedrigen Temperaturen, z.B. unter 100° C. Man kann auch aromatische Aminoacylverbindungen verwenden. Ferner kann man andere polymerbildende Bestandteile, die keinen aromatischen Kern aufweisen, in Mengen von weniger als etwa 10 Molprozent zusetzen, ohne dass dadurch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der zur Herstellung der Pibriden verwendeten Polyamide beeinträchtigt werden. An die aromatischen Ringe können ferner Substi-* tuenten, wie niedere Alkyl-, niedere Alkoxygruppen, Halogenatome, Nitrogruppen, niedere Carbalkoxyreste oder andere Reste gebunden sein, die bei der Polymerisation kein Polyamid bilden. Vorzugsweise verwendet man jedoch vollständig aromatische, d.h. unsubstituierte Diamine und Dicarbonsäurechloride.

Typische Beispiele für aromatische Ringe sind

und dergleichen. Geeignete Polyamide sind im einzelnen in der USA-Patentschrift 3 094 51t und in der britischen Patentschrift 1 106 190 beschrieben:. Ein bevorzugtes aromatisches Polyamid ist Poly-(m-phenylenisophthalsäureamid). Die erfindungsgemäss verwendeten Polyamide haben vorzugsweise inhärente Viscositäten von etwa 1,2 bis 2,0, bestimmt bei 25° C an · einer Lösung in Ν,Ν-Dimethylacetamid, das 4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Lösung, Lithiumchlorid enthält, bei einer Polyamidkonzentration von 0,5 g je 100 cm Lösung.

Sobald man die Pibriden hergestellt hat, dispergiert man sie in einem wässrigen Medium zu einer Aufschlämmung, die dann zur

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Herstellung des Papiers gemäss der Erfindung verwendet wird. Vorzugsweise enthält die Aufschlämmung weniger als etwa 1 Gewichtsprozent Fibriden.

Die erfindungsgemäss verwendeten Polyesterfasern sind kurze Fasern, wie sie gewöhnlich als "!locken" bezeichnet werden. Vorzugsweise bestehen die Polyesterflocken aus Fasern von weniger als 2,54 cm länge bei einer optimalen länge von etwa 0,6 cm. Geeignete Garne oder Kabel aus dem Polyester werden auf herkömmliche Weise, z.B. mit einer Schraubensägenschneid-•vorriohtung, auf die gewünschte Flockenlänge geschnitten und die Flocken dann in einem wässrigen Medium zu einer Aufschlämmung dispergiert. Vorzugsweise enthält die Aufschlämmung weniger als 1 Gewichtsprozent Flocken.

Ais "Polyester" werden hier lineare Polykondensationsprodukte bezeichnet, die in ihrer Polykondensatkette Carbonyloxy-Binde-

»» .
reste -C-O enthalten. Auch Polyester, die Oxy-carbonyloxyreste enthalten, sowie auch Copolyester, !Perpolyester und dergleichen, liegen im Rahmen der Erfindung. Die Polyester können gegebenenfalls Zusätze, wie Mattierungsmittel, die Viscosität beeinflussende Zusätze, Pigmente und dergleichen, enthalten. Die aus diesen Polyestern hergestellten Fäden können die verschiedensten Querschnittsformen, wie rund, mehrflügelig odier hohl, aufweisen.

Beispiele für lineare Polyester sind Polyäthylenterephthalat, Polyäthylenterephthalat-isophthalat (85:15), Polyäthylenterephthalat-hexahydroterephthalat (90:10), Polyäthylenterephthalat-5-(natriumsulfo)-isophthalat (97:3), Poly-(p-hexahydroxylylenterephthalat), Poly-(diphenylolpropanisophthalat), die Polyäthylen-naphthalindicarboxylate (besonders die von den 2,5- und 2,7-Isomeren abgeleiteten) und Poly-(hexamethylenbibenzoat). Polyäthylenterephthalat und Terephthalsäure-Copolyester, bei denen etwa 80 Molprozent der Dicarbonsäureeinheiten Terephthalateinheiten sind, werden als Polyester bevorzugt.

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Vorzugsweise haben die Polyester eine Intrinsic-Viscosität \ von 0,3 "bis 1,15, bestimmt an einer verdünnten lösung in einem aus 3 Gewichtsteilen Methylenchlorid und 1 Gewichtsteil Trifluoressigsäure bestehenden Lösungsmittel» Die Intrinsic-Viscosität ist der Grenzwert des natürlichen Logarithmus des Verhältnisses der Viscosität der Lösung zur Viscosität des Lösungsmittels, dividiert durch die Konzentration der Lösung an Polymerisat, bei Annäherung der Konzentration an Null.

Der Polyester wird aus der Schmelze zu Fäden versponnen, die auf bekannte Weise verstreckt werden. Geeignete Fäden haben Titer von etwa 0,5 bis 10 den oder mehr; Fasern mit den höheren Titerii lassen sich jedoch nicht so leicht in Papier ein- binden wie Fasern mit geringeren Titern, und daher werden Titer von weniger als etwa 5 den bevorzugt. Besonders bevorzugt werden Fasern mit Titern zwischen etwa 1 und 3 den.

Die Polyesterfäden werden dann, wie oben beschrieben, in Fasern von Flockenlänge zerschnitten, die in einem wässrigen Medium aufgeschlämmt werden.

Zur Herstellung der biegsamen Flächengebilde gemäss der Erfindung werden die Aufschlämmungen der Fibriden und der Fasern in bestimmten Mengenverhältnissen zu einem Papierstoff miteinander gemischt, der in den Stoffauflauf der Papiermaschine eingegeben wird, wo er gleichmässig auf dem das Papier bildenden Drahtsieb ausgebreitet wird. Wenn der Papierstoff über das Sieb hinwegläuft, läuft Wasser ab, und dieses Ablaufen wird auf herkömmliche Weise, z.B. durch Anlegen eines Vakuums, bei der Bildung der Faserstoffmatte auf dem Drahtsieb unterstützt. Das nasse" Blatt, bei dem das Gewichtsverhältnis von Papierfeststoffen zu Wasser 1:4 bis 1:8 betragen kann, wird von dem Drahtsieb abgenommen und in den'Trockenabschnitt der Maschine eingeführt. Der Trockenabsohnitt hat die Aufgabe, das Wasser abzutreiben, ohne die Papierbahn zu schädigen oder zu zerstören. Das Trocknen erfolgt, indem man die nasse Bahn über die

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Oberfläche von dampfbeheizten Trockentöpfen in Berührung mit der Oberfläche tiberleitet. Die Trockentöpfe, von denen 40 oder mehr in zwei Reihen angeordnet sein können, sind in zwei Abschnitte eingeteilt, wobei jeder Abschnitt unabhängig vom anderen so angetrieben wird, dass das Blatt beim Trocknen etwas auegereckt werden kann. Der Grad dieser Verstreckung hängt von den besonderen Bedingungen ab; der Gesamtverstreckungsgrad liegt jedoch gewöhnlich in der Grössenordnung von etwa 5 $»· Zwecks besseren Kontaktes mit der Oberfläche der Trockentöpfe wird die Bahn mittels poröser Trocken-"filze" gegen die Unterseite der unteren Trockentöpfe gehalten. Der Dampfdruck in den Trockentöpfen kann im Bereich von 2 bis 10 atü liegen und nimmt in der Laufrichtung der Maschine zu. Bevor das Papier aus der Maschine ausgetragen wird, erreicht es eine Höchsttemperatur, die 185 C nicht überschreitet. Unter üblichen Verarbeitungsbedingungen enthält das Papier etwa 2 bis 10 ^ Wasser, bezogen auf das Gewicht des feuchten Papiers.

Gegebenenfalls kann man die so hergestellte nasse Papierbahn kalandern, da die physikalischen Eigenschaften des Papiers im allgemeinen verbessert werden, wenn man es der Einwirkung hoher Temperaturen und Drücke aussetzt. Man darf nicht unter solchen Kalanderbedingungen arbeiten, dass die Polyesterflokken dabei schmelzen. Die Kalanderdrücke können im Bereich von etwa 36 bis 101 kg/cm liegen. Man kann bei Raumtemperatur arbeiten; vorzugsweise arbeitet man jedoch bei einer Kalandertemperatur von mindestens etwa 175° C. Die höchste Kalandertemperatur hängt von dem Schmelzpunkt der Polyesterflocken ab. Normalerweise beträgt die obere Grenze der Kalandertemperatur etwa 240° C.

Viele, Polyesterflocken enthaltende Papiere lassen sich zwischen 200 und 240° G kalandern.

Das Papier gemäss der Erfindung kann gegebenenfalls durch Schichtenbindung mehrerer nicht-kalandrierter Bahnen aneinander

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beim Kalandern hergestellt werden, so dass man einen Schichtstoff erhält. Das Haftvermögen zwischen den Schichten eines mehrschichtigen Papiers wird "bedeutend erhöht, wenn man alle Bindungsoberflächen mit einer Koronaentladung behandelt, d.h. mit der weichen, blauen Entladung, die den unvollständigen elektrischen Durchschlag in einem Gas bei oder nahe dem Atmosphärendruck anzeigt. Diese Behandlung eignet sich besonders zum Nass- oder Trockenkalandern bei Temperaturen von weniger als 285° C. Die Koronaentladungsbehandlung wird durchgeführt, indem man die Papierbahn zwischen einer geerdeten Elektrode, gewöhnlich einer mit einem Dielektricum beschichteten Stahlwalze, und einer Hochspannungselektrode hindurchlaufen lässt. Behandlungen und Anlagen dieser Art sind in der Technik der Herstellung von Folien und Cellulosepapier bekannt. Zum Behandeln der Papierschichten gemäss der Erfindung arbeitet man mit einer elektrischen Entladung von etwa 0,1 bis 1,0 W je 30,5 cm/min Behandlungsgeschwindigkeit je 2,54 cm Elektrodenbreite. Der Abstand zwischen der Elektrode und der Walze ist normalerweise gleich etwa dem Dreifachen der Dicke der Paperbahn.

Gegebenenfalls kann man zu dem Papier einen Inhibitor zusetzen, um ihm Beständigkeit gegen den oxydativen Abbau bei höheren Temperaturen zu verleihen. Vorzugsweise verwendet man als Inhibitoren Oxide, Hydroxide und Nitrate des Wismuts. Besonders wirksame Inhibitoren sind Wismuthydroxid und -nitrat.

Auch Bindemittel, z.B. Acrylpolymerisate und dergleichen, können der Stoffaufschlämmung vor der Papierherstellung oder der fertigen Papierbahn auf der Streichpresse zugesetzt werden.

Vorzugsweise wird das Papier durch Kalandern auf eine Dicke von etwa 0,002 bis 0,076 cm verdichtet. Das Papier hat eine gute Wärmebeständigkeit und Biegefestigkeit, und das bevorzugte Papier weist ausserdem eine gute Bruchdehnung und ein gutes mechanisches Anpassungsvermögen auf.

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Das thermische Verhalten des Papiers kann bestimmt werden, indem man die Hochtemperaturalterungseigenschaften des Papiers misst. Bei dieser Bestimmung werden die mechanischen Eigenschaften des Papiers vor und nach der Einwirkung einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeitdauer gemessen. Die mechanischen Eigenschaften des Papiers gemäss der Erfindung verschlechtern sich bei dieser Bestimmung nicht so sehr wie diejenigen der papierartigen Erzeugnisse aus Polyestern oder der Papiere, die aliphatische Polyamidflocken statt Polyesterflocken enthalten. So kann man z.B. aus einem Diagramm der Lebensdauer eines Papierblattes bei 2-prozentiger Dehnung in Stunden in Abhängigkeit von der Alterungstemperatur feststellen, dass die Temperatur, bei der das Papier nach 1000-stündiger Wärmeeinwirkung eine Dehnung von nur 2 fo nicht mehr aushält, bei einem handelsüblichen Schichtstoff aus einer ungewebten Polyesterschicht bei 179° C, bei einem Papier gemäss der Erfindung bei 235 C und bei einem Papier aus einem handelsüblichen aromatischen Polyamid bei 290° C liegt.

Die bevorzugten Papiere gemäss der Erfindung sind diejenigen bei denen der Anfangsmodul der Polyesterflocken weniger als und vorzugsweise weniger als 80 g/den beträgt. Im weitesten Sinne der Erfindung ist der Anfangsmodul unerheblich und kann sogar 120 oder mehr betragen. Der Anfangsmodul ist das Verhältnis der Spannungsänderung zur Dehnungsänderung im anfänglichen, geradlinigen Teil (d.h. vor Erreichung der Streckgrenze) einer Spannungs-Dehnungskurve nach dem Entfernen jeglicher Kräuselung durch Glattziehen. Dieses Verhältnis wird aus der Spannung, ausgedrückt als Kraft (Gramic) je Einheit der linearen Dichte (den) der ursprünglichen Probe zu der Dehnung_s ausgedrückt als prozentuale Verlängerung, berechnet, d.h.

Anfan^odul .

ten: Je niedriger der Anfangsmodul ist, desto niedriger ist der'Widerstand gegen die Verstreckung. Papier, das mit diesen Polyob terflocken von niedrigem Anfangsmodul hergestellt ist,

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weist eine überraschend hohe Bruchdehnung auf. Ein Papier gemäss der Erfindung, bei dem die Bruchdehnung der Polyesterflocken etwa 45 # beträgt, hat z.B. eine doppelt so hohe Bruchdehnung wie ein Papier, bei dem die Polyesterflocken durch Flocken aus einem aromatischen Polyamid ersetzt sind, obwohl die Bruchdehnung der aromatischen Polyamidfloc-ken etwa die gleiche ist wie diejenige der Polyesterflocken, nämlich etwa 45 fit und obwohl die Zugfestigkeit der beiden Papiere etwa die gleiche ist. Die aromatischen Polyamidflocken haben einen höheren Anfangsmodul als die Polyesterflocken. Papier mit gucer Bruchdehnung eignet sich besonders für Anwendungszwecke, bei denen es auf das mechanische Anpassungsvermögen ankommt. "Anpassungsvermögen" bedeutet, dass das Papier sich der Form des Gegenstandes, um den es herumgewickelt wird, glatt anpasst. Ein gutes Anpassungsvermögen steht nicht nur mit einer hohen Bruchdehnung, sondern auch mit einer hohen Falzfestigkeit und einem niedrigen Anfangsmodul in Zusammenhang. Besonders bevorzugt wird Papier, bei dem der Anfangsmodui der Flocken im Bereich von etwa 20 bis 80 liegt. Das überragend gute Anpassungsvermögen des Papiers gemäss der Erfindung macht sich besonders bei Leichtpapier (d.h. Papier mit einer Dicke von weniger als 0,15 mm) bemerkbar.

In den folgenden Beispielen, in denen sich sämtliche Prozentwerte, falls nichts anderes angegeben ist, auf das Gesamtgewicht beziehen, werden die Papiereigenschaften nach den folgenden Prüfnormen bestimmt:

Dickt ASTM D-374

Scheinbare Dichte, ASTM D-374 und TAPPI T-410 Flächengewicht:Dicke

Dielektrische Durch- ASTM D-149 und MIL-I-24024 Schlagsfestigkeit

Zugfestigkeit und ASTM D-882-61T
Bruchdehnung

Wärmealterung ASTM-1830

Zugfestigkeitseigen- ASTM-D-1708 (Mikromethode)

schafton des wärme-Papiers

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Falzfestigkeit . ASTM-D-2176-63T (nach Kondi tionieren bei 24° C und 55 relativer Feuchte unter Ver wendung eines Tinius-Olsen-Falzfestigkeitsprüfgeräts).

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von Fibriden, Flokken und Papier und zeigt die Überlegenheit des Papiers gemäss der Erfindung gegenüber ähnlich hergestelltem Papier aus aromatischen Polyamidfibriden und aromatischen Polyamidflokken.

Herstellung der Fibriden

Eine Lösung von Poly-(m-phenylenisophthalsäureamid), die 14 - 1 f> Polyamid enthält, eine Tiscosität zwischen 50 und 75 Poise und eine inhärente Yiscosität von etwa 1,6 aufweist, wird der in der USA-Patentschrift 3 018 091 beschriebenen FibridenerZeugungsvorrichtung zugeführt. Die Polyamidlösung enthält 77,5 T^Dimethylacetamid, 2 fo Wasser und 6,5 fo Calciumchlorid. Die Polyamidlösung wird der Fibridenerzeugungsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 54,6 kg Peststoffen je Stunde zugeführt. Die Ausfällung erfolgt mit.einem Fällmittel, dessen Zusammensetzung so gesteuert wird, dass es 30 bis 40 fo Dimethylacetamid, 58 bis 68 f> Wasser und 2 fo Calciumchlorid enthält. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fällmittels zu'der Fibridenerzeugungsvorrichtung beträgt 62,5 kg je kg Polyamidlösung. Eine Rotorgeschwindigkeit von 7000 U/min erzeugt die zur Bildung von Fibriden mit einer für die Papierherstellung geeigneten guten Beschaffenheit erforderlichen Scherkräfte. Durch Auswaschen mit Wasser wird der Gehalt der Fibriden an Dimethylacetamid und Chlorid auf 1,0 fo bzw. 0,3 ^, bezogen auf das Polyamid, herabgesetzt. Dann werden die Fibriden bei einer Konsistenz von 0,8 fo in einer "36-2 Sprout-Waldron"-Scheibenstoffmühle auf einen Mahlgrad nach Schopper-Riegler von 300 bis 400 ml raffiniert. Die Grosse der Fibriden wird gemäss der Clarkschen Faserklassifizierung folgendermassen gekennzeichnet:

- 11 -

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2J0 ■

Maschenweite des Zurück-

Siebes, mm gehalten, tf*

1,41 1,0

0,59 8,0

0,297 38,0

0,149 34,0

Insgesamt 81,0

Herstellung der Polyesterflocken

Polyesterflocken werden aus verstreckten Polyäthylenterephthalatfäden mit einem Anfangsmodul von 43 g/den, ein<=r Bruchdehnung von 33 ^, einer Zugfestigkeit von 4,3 g/den und einem Schmelzpunkt von 265° C hergestellt. Die Fäden werden auf Längen von etwa 6,35 mm geschnitten. Die Fasern haben haben einen Fadentiter von 1,5 den.

Herstellung des Papiers

Die Fibriden werden bei einer Konzentration von 0,6 ?£ in einem wässrigen Medium zusammen mit der Polyesterflockenaufschlämmung, die eine Konzentration von 0,23 f° in Wasser aufweist, bei einem Gewichtsverhältnis von Fibriden zu Flocken von etwa 1,5:1,0 (60 ?£ Fibriden und 40 $> Flocken) einem Misch-T-Stück zugeführt. Das Gemisch wird in den Stoffauflauf einer Papiermaschine und dann zur Herstellung einer Papierbahn auf ein Drahtnetz geleitet. Die nasse Bahn wird von dem Drahtnetz abgenommen und einem Trockner zugeführt, um ihren Feuchtigkeitsgehalt mit Hilfe von durch Wasserdampf auf eine maximale Temperatur von 137° G beheizten Trockentöpfen herabzusetzen. Das teilweise getrocknete Papier wird dann zu einer Rolle aufgewickelt, die als Vorrat zur Herstellung des kalandrierten Papiers dient. Die Eigenschaften dieses teilweise getrockneten, nicht-kalandrierten Papiers ergeben sich aus Tabelle I.

Das nicht-kalandrierte Papier wird dann durch Infraroterhitzer getrocknet und einem Kalander mit einem einzigen Walzenmund

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zugeführt. Die Walzenmundtemperatur "beträgt 240° C und der Druck zwischen den Walzen 107 kg/cm. Das Papier wird mit einer Geschwindigkeit von 9 m/min kalandriert. Die Eigenschaften des kalandrierten Papiers ergehen sich ebenfalls aus Tabelle I.

Herstellung von Papier mit aromatischen Polyamidflocken

Aromatische Polyamidflockenfasern werden aus Poly-(m-phenylenis oph thai säure amid) mit einer inhärenten Tiscosität von 1,5 durch Trockenspinnen aus einer Lösung hergestellt, die 67 $ Dimethylacetamid, 9 f° Calciumchlorid und 4 <f Wasser enthält. Die ersponnenen Fäden werden mit einer wässrigen Flüssigkeit überflutet und enthalten 100 fo Dimethylacetamid, 45 f° Calciumchlorid und 30 bis 100 $ Wasser, bezogen auf das trockene Polyamid. Die Fäden werden gewaschen und nach einem Extraktions-Reckverfahren, bei dem der Chloridgehalt und der Dim e thy Iac etamidgehalt auf etwa 0,10 bzw. 0,5 tf° herabgesetzt werden, verstreckt. Die verstreckten Fäden werden auf Walzen bei etwa 340° C zum Kristallisieren gebracht. Eine massige weitere Verstreckung beim Kristallisieren erhöht das Gesamtverstreckungsverhältnis auf 5,0, und man erhält Fäden mit einem Titer von 2 den. Typische Eigenschaften dieser Fäden sind ein Anfangsmodul von 94 g/den, eine Bruchdehnung von 28 fo und eine Zugfestigkeit von 4,5 g/den. Die Fäden schmelzen nicht, sondern zersetzen sich schnell oberhalb 371 C. Die Fäden werden zu Flockenfasern mit längen von 0,68 cm geschnitten. Diese Fasern werden in einer Konzentration von 0,23 $ in Wasser aufgeschlämmt.

Die Flocken aus Poly-(m-phenylenisophthalsäureamid)-fasern werden dann mit den, wie oben beschrieben, hergestellten Fibriden aus Poly-(m-phenylenisophthalsäureamid) gemischt, und es wird, wie oben beschrieben, Papier hergestellt.

Die Eigenschaften de3 nicht-kalandrierten und des kalandrierten Papiers sind in Tabelle I zusammengestellt.

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O	I
(O
OO	I
co
-J
CD
OO cn
(O

Dicke, 10 cm Flächengewicht, g/m Scheinbare Dichte, g/cm

Zugfestigkeit (MR*), g(Kraft)/cm pro g/m

Bruchdehnung (MR), $> Modul, 10³ kg(Kraft)/cm²

* MR = Maschinenrichtung.

Tabelle I

Papier aus Polyamidfibriden
und Polyesterflocken

vor dem Kalandern	,36
12
47	,1
O	,4
37
13
5

nach dem	vor dem
Kalandern	Kalandern
5	12
47	49
1,01	0,39
44	39
9,9	3,2
15,7	7,7

Papier aus Polyamidfibriden und Polyamidflocken

nach dem Kalandern

49
0,94

5,5
19,6

CD CD O

HT-230 £-

Wie sich aus der obigen Tabelle, ergibt, hat das aromatische
Polyamidflocken enthaltende Papier nur einen Teil der Bruchdehnung des die Polyesterflocken enthaltenden Papiers.
Das kalandrierte Polyesterflockenpapier gemäss der Erfindung passt sich beim Umwickeln von Drähten auch glatter der Porm
■der Drähte an, ohne einzuknicken, als das kalandrierte Papier, welches die aromatischen Polyamidflocken enthält.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert die Anwendung anderer Kalanderbedingungen und den Einfluss des Titers der Polyesterfasern
auf die Eigenschaften des Papiers.

In UJ.OÖCII] Beispiel werden die in Beispiel 1 beschriebenen Fibriden und Pasern verwendet, wobei-'man jedoch ausserdem noch Polyesterflocken mit einem Titer von -3 den und einer länge
von 1,0 cm verwendet. Das Papier wird gemäss Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass das Kalandern ohne Vorerhitzen (der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers beträgt 6 $, bezogen auf das Trockengewicht des Papiers) bei 175° C und
einem Walzendruck von 116 kg/cm bei einer Fördergeschwindigkeit von 31 m/min durchgeführt wird. Die Eigenschaften der
kalandrierten Papiere ergeben sich aus Tabelle II.

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2 0 9 B 3 7 / 0 8 5 9

ητ-ου	λ	II	Polyester,
	Tabelle		3,0 den
	Aromatisches	Polyester,	7
	Polyamid,	1,5 den	71
	2,0 den	7
Dicke, 10"' cm	8	72	1,04
ρ Flächengewicht, g/m	64
Scheinbare Dichte,		1,08	36
g/cm·⁵	0,83		7,0
Zugfestigkeit (MR*),		38
g( Kraft )/cm pro g/m	48	8,8
Bruchdehnung (MR), fo	4,4

* MR = Maschinenrichtung.

Beispiel 3

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von Papier mit niedrigem und mit hohem Flockengehalt gemäss der Erfindung.

Ein Fibridenbrei ähnlich demjenigen des Beispiels 1 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 f* wird mit Hilfe eines Zerkleinerers ("British Standard Disintegrator") in Wasser zu einer Aufschlämmung dispergiert, die 1,20 Gewichtsprozent Fibriden, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung, enthält. Diese Aufschlämmung wird auf eine Konsistenz von 0,30 $ verdünnt und 30 Sekunden bei hoher Umlaufgeschwindigkeit in einem Waring-Mischer raffiniert. Ein Teil dieser Aufschlämmung wird dann mit einer Aufschlämmung von aromatischen Polyamidflocken und ein anderer Teil mit einer Aufschlämmung von Polyesterflocken gemischt und zu Papier verarbeitet, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Aufschlämmungen werden in einer Handbütte (Noble and Wood) gemischt, und man lässt das Wasser durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,149 mm ablaufen. Das abgeschiedene Papier wird von dem Sieb abgenommen, gründlich getrocknet und in einer Druckpresse unter einem Druck von 89 kg/cm zwischen Platten aus rostfreiem Stahl bei 240° C gepresst. Die Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle III.

- 16 -

20983 7/08.5 9

Tabelle

III

	I	Sew.-verhältnis
		Fibriden:Flocken
	—J	Titer, den
		Dicke, 10""⁵ cm
	Flächengewicht,
ro	g/a
CD	Scheinbare Dich
CO CO	te, g/cm^5:
co	Zugfestigkeit (MR*)
	g(Kraft)/cm
CD	pro g/m²
OO cn	Bruchdehnung
CO	(MR), Io

Polyester

Aromatisches Polyamid

Falzfestigkeit (MR)' 10* Palζzyklen

	9:	1	1	,5	3	,0	1,5	1:	3	1	,5	3	,0	9	2,0	:1	,0	1	2,0	:3	,0
1,5	3,0		8		8	25	3,0		7		10	23	2	8	30	2	9
23	23		62		63	202	26		59		60	203		62	98		58
212	210	0	,78	0	,81	0,81.	203	0	,82	0	,60	0,86		,78	0,66.		,64
0,92	0,90		28		27	20	0,76		18		16	25	0	25	9	0	16
27	30	9	,4	8	,3	3,8	18	3	,9	2	,6	7,1		,4	1,3		,5
9,8	11,6					44,3	3,5					7,1	6		1,1	1
12,2	12,4					81,1

ro
ν»
ο

* MR = Maschinenrichtung.

ΗΤ-230

Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert die hohe Falzfestigkeit des erfindungsgemässen Papiers.

Papier wird aus aromatischen Polyamidfibriden unter Verwendung von aromatischen Polyamidflocken sowie von Polyesterflocken gemäss Beispiel 1 hergestellt. Drei nicht-kalandrierte Papierbahnen werden mit Koronaentladungen behandelt und die behandelten Schichten durch Kalandern unter hohem Druck bei 230° C su einem 0,25 mm dicken Papier aneinander gebunden. Die Eigenschaften der Papierbahnen ergeben sich aus Tabelle IV, aus der die höhere Falzfestigkeit des die Polyesterflocken enthaltenden Papiers klar ersichtlich ist.

Tab	Dicke, 10~⁵ cm	eile IV	Papier mit
	Flächengewicht, g/m	Papier mit	Polyester
	Scheinbare Dichte, g/cm	aromatischen	flocken
	Zugfestigkeit (MR*),	Polyamidflocken	26
g(Kraft)/cm pro g/m	24	264
Bruchdehnung (TCR), fo	241	0,99
Falzfestigkeit (MR),	1,01
10⁵ FaIζzyklen		47
67	10,5
7,1
	36,0
6,9

* MR = Maschinenrichtung.

Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert das gute Wärmealterungsverhalten des Papiers gemäss der Erfindung, wobei das Papier hinsichtlich seiner Eigenschaften mit anderen Papieren verglichen wird, die unter Verwendung von anderen Faserstoffen in Kombination mit aromatischen Polyamidfibriden hergestellt worden sind.

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HT-230

Ein Papier wird unter Verwendung von aromatischen Polyamidfibriden mit Polyesterflocken (1,5 den) und ein anderes Papier aus den gleichen Fibriden und Flocken aus einem aliphatischen Polyamid (Polyhexamethylenadipinsäureamid) von 3»0 den hergestellt. In "beiden Fällen beträgt das Verhältnis von Fibriden zu Flocken 1,5:1. Beide Flockenarten werden gemäss Beispiel 1 hergestellt. Das Papier wird in herkömmlicher Weise in einer 82 cm-Iangsiebmaschine hergestellt. Beide Papiere werden "bei 240° C verdichtet; das die Polyesterflocken enthaltende Papier wird kalandert, während das die aliphatischen Polyamidflocken enthaltende Papier in der Plattenpresse gepresst wird. Die Eigenschaften beider Papiere nach verschiedenen Alterungszeiten bei 220° 0 ergeben sich aus Tabelle V.

Das die Polyesterflocken enthaltende Papier behält nach der Alterung an der Luft bei 220° G einen grösseren Anteil seiner ursprünglichen dielektrischen Durchschlagsfestigkeit als das unter den gleichen Bedingungen behandelte, aliphatische Polyamidflocken enthaltende Papier.

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	T	SO	μ i° R**	μ fo R**	Zugfestigkeit	Bruchdehnung	(MEt)	Bruchdehnung	(MR*)
	a b e 1 1 e V	100	100	(MD*)		fo R		⁰Jo R
		101	62	g(Kraft)/cm	11,8	100	17,5	100
		96	57	pro g/m	4,2	36	2,9	17
	Polyesterflocken enthaltendes Papier	87	52	50	3,2	27	2,6	15
Zeit,	Dielektrische	94	39	32	3,4	29	4,2	24
Std.	Durchschlags	92	49	35	3,6	31	2,7	15
O	festigkeit	92	41	24	3.7	31	3,6	21
48	V/25,4	Aliphatisch^	44	3,4	29	1,9	11
96	941	Dielektrische	47		Polyamidflocken enthaltendes Papier
192	954	Durchschlags festigkeit	40		Zugfestigkeit
284	901	V/25,4			(MD*) g(Kraft)/cm
768	819	963			pro g/m
1536	887	593		48
	867	546	28
	861	499	26
Zeit,	377	25
Std.	469	19
O	397	20
48	15
96
192
284
768
1536

*■ MR = Maschinenrichtung
** #R = <fo der ursprünglichen Durchschlagsfestigkeit erhalten geblieben.

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HT-230 Aj

Das Papier gemäss der Erfindung eignet sich besonders für elektrotechnische Anwendungs zwecke als Isolation "bei hohen Temperaturen, z.B. über 135° 0. Das Papier ist daher zum Umwickeln von elektrischem Draht, als Motorenschlitzauskleidung oder als Isolation in ölgefüllten Transformatoren geeignet.

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Claims

E.I. du Pont de Nemours

and Company HT-23O

Patentansprüche

Π Λ Biegsames Flächengcbilde, bestehend im wesentlichen aus einem ungewebten, unverschmolzenen innigen Gemisch aus Fibriden und kurzen Pasern, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zu 15 bis 90 Gewichtsprozent aus Fibriden aus einem unschmelzbaren aromatischen Polyamid und zu 1.0 bis 85 Gewichtsprozent aus kurzen Polyesterfasern besteht, wobei die Anteile der beiden Bestandteile sich auf 100 $ ergänzen.
2. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester einen Anfangsmodul von weniger als 85 g/den aufweist.

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