專利名稱：氣體可滲透纖維織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體可滲透纖維織物，更具體地涉及可制成所要求形狀并使硬化的氣體可滲透纖維織物，以及涉及它們在工業(yè)環(huán)境中，如作為濾器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
可成型，可硬化的氣體可滲透纖維織物在工業(yè)和環(huán)境中有許多應(yīng)用。首要考慮的應(yīng)用就是它們用作過濾介質(zhì)。在某些應(yīng)用中，這種過濾器必須能經(jīng)受連續(xù)暴露于特別高的溫度(高達(dá)280℃)下而不降解。
另外，希望過濾器能被制成所要求的形狀，然后再硬化而成為耐用的物品。例如，常常希望過濾器所占空間體積最小而表面積最大。這樣，過濾器常常被打褶成“手風(fēng)琴”型式的構(gòu)形。
典型過濾器的基質(zhì)，盡管是耐久而且是耐熱的，但卻難于模制成且保持各種所要求的構(gòu)型。因此，在過去，早已提出用各種聚合物浸漬過濾器基質(zhì)，這樣給予過濾器基質(zhì)以模壓加工性和形狀的保留性。參見US專利3,918,943，DE4137627 C2，這些專利文獻(xiàn)描述了用聚酰亞胺粘合劑處理的玻璃纖維紙制成的過濾器，和由含氟聚合物處理過的玻璃或石英纖維制的板。
現(xiàn)有技術(shù)的氣體可滲透纖維織物的缺點(diǎn)在于聚合物處理在纖維織物上實現(xiàn)均勻分布是困難的，導(dǎo)致盲點(diǎn)和纖維織物不均勻的強(qiáng)度。另外，切口撕裂強(qiáng)度趨于下降。
發(fā)明概述本發(fā)明提供由一種組合物處理過的多孔基質(zhì)制成的氣體可滲透纖維織物，該組合物包含含氟聚合物和一種硬化、成膜材料。更具體地說，本發(fā)明提供用含氟聚合物和聚酰胺酰亞胺混合物處理過的氣體可滲透纖維織物，以提供制成所要求構(gòu)型，且隨后硬化的可成型、可硬化的基質(zhì)，從而產(chǎn)生適合各種工業(yè)和環(huán)境最終使用(end-uses)的耐熱、耐用的纖維織物。最佳實施方案的詳細(xì)描述除非另有說明，本文所用的下列術(shù)語具有以下所指明的含義。
本發(fā)明纖維織物的最終使用(end-uses)可以分為兩類一類“高溫最終使用”指的是那些需要抵抗在溫度約為200℃-280℃下的降解一段較長時間，和抵抗在溫度約為280℃-365℃下持續(xù)期間多達(dá)約10分鐘的使用。
另一類“中溫最終使用”指的是那些需要抵抗至多在約200℃溫度下的降解一段較長時間，和抵抗在溫度約200℃-280℃下持續(xù)期間多達(dá)約10分鐘的使用。
對于用在本發(fā)明中的“多孔基質(zhì)”可以是機(jī)織的也可以是非機(jī)織的，并且可由許多不同的纖維制成的。對于高溫的最終使用，合適的纖維包括間-聚芳基酰胺、對-聚芳基酰胺、聚芳基酰胺的共聚物、聚酰胺酰亞胺、聚噁二唑、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃、陶瓷、及其混合物。優(yōu)選基質(zhì)包括那些由間-聚芳基酰胺(例如NOMEX)、對-聚芳基酰胺(例如KEV-LAR)、PTFE(例如TEFLON)、PTFE-玻璃混合物(例如TEFAIRE)，所有這些都可從杜邦公司(DuPont Company)買到的，優(yōu)選基質(zhì)還有聚酰胺(例如P-84，由澳大利亞Lenzing公司買到的)。
對于中等溫度的最終使用來說，制造的纖維織物可用纖維如聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、聚亞苯基硫醚、聚醚酰亞胺、粘膠纖維、棉花、改性纖維素及其混合物。優(yōu)選制造中溫抗性基質(zhì)的纖維是聚丙烯腈、棉花或改性纖維素。
“含氟聚合物”就其本身是已知技術(shù)，并且在最終使用操作條件下可以得到本發(fā)明化學(xué)保護(hù)性和潤滑性的纖維織物。對于高溫最終使用來說，用于本發(fā)明合適的含氟聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)和四氟乙烯(FFE)與一種或多種的1)全氟化乙烯醚，2)全氟化乙烯-丙烯，3)六氟丙烯和4)1，1-二氟乙烯的共聚物；以及其混合物(參見US專利4,252,859)。優(yōu)選這種含氟聚合物是TEFLON(PTFE)、TEPLON PFA(TFE和約1.5％的全氟-丙基-乙烯基-醚的共聚物)和TEFLONFEP(TFE和約10-12％全氟化乙烯-丙烯共聚物)，所有這些都可從杜邦公司(DuPont Company)買到的。
對于中溫最終使用來說，普通的從市場上可以買到的含氟聚合物在水中的分散體是合適的，例如OLEOPHOBOL(Pfersee)、ZEPEL(DuPont)和SCOTCHGUARD(3M)。優(yōu)選的這類含氟聚合物是OLEOPHOBOL。
通常，提供的含氟聚合物是水分散體的形式，并且引入具有含氟聚合物組合物的水是作為組合物的載體的。然而，如有要求的話，有機(jī)液體如醇類(例如糠醇)、酮類、脂族和芳族烴(例如N-甲基吡咯烷酮)、或其混合物都可以使用。
含氟聚合物優(yōu)選以1-30％(按重量計)，更好為5-20％(按重量計)的量存在于處理多孔基質(zhì)的組合物中。
“硬化成膜材料”是已知技術(shù)，正如其名稱的含義，它給予本發(fā)明纖維織物的尺寸的穩(wěn)定性，即剛性。在或低于本發(fā)明所用含氟聚合物的熔化溫度下它們能形成膜。合適的成膜材料，及其制造方法，描述于US專利4,087,394中，這種成膜材料包括適于抗中溫用途的丙烯酸聚合物、硝化纖維素、聚酰胺、聚氯乙烯以及混有硝化樹脂的環(huán)氧樹脂(季氫氧化物聚合物)衍生物；和適于抗高溫用途的聚酰胺或聚酰胺酸鹽(聚酰亞胺和聚酰胺酰亞胺的前體)。
在本發(fā)明中優(yōu)選硬化膜是聚酰胺酰亞胺(PAI)，它是聚酰胺酸鹽，如1，2，4-苯三酸酐，和芳族二元胺如4，4′-二苯氨基甲烷或雙(4-氨基苯基)甲烷的反應(yīng)產(chǎn)物。通常，制備PAI的組合物還包括三乙胺、二乙基乙醇胺、糠醇、甲基吡咯烷酮和水。
硬化成膜材料優(yōu)選以1-30％(按重量計)的量，更好的是以3-10％(按重量計)的量存在于處理多孔基質(zhì)的組合物中。
“云母粒子，涂有顏料或片狀金屬的云母粒子；及其混合物”從市場上是可以買到的，在US專利4,123,401中有描述。它們在含氟聚合物和成膜劑的組合物中存在量高達(dá)10％(按重量計)，優(yōu)選存在量范圍在3-6％(按重量計)。
供本發(fā)明處理多孔基質(zhì)用的組合物含有含氟聚合物和成膜劑，以及任選地含有其它的成分如前述云母基粒子，以及常規(guī)的添加劑如抗氧化劑、流動控制劑、表面活性劑、增塑劑、抗靜電劑等。這些添加劑依本發(fā)明纖維織物主要的最終使用而定，可以使用常規(guī)量。
通過把適當(dāng)量的適當(dāng)成分簡單的混合在一起就能制造本發(fā)明的組合物。
組合物中的總固體含量由涂有組合物的基質(zhì)、施涂方法，固化程序以及類似因素決定。在通常情況下，把組合物制成水分散體，含固體1-80％(按重量計)。
組合物可以任何有效方式涂覆，如噴霧、滾筒涂覆、浸漬和刮刀法。
根據(jù)最終使用，通常在基質(zhì)重量3-30％的比率下按干重為基礎(chǔ)把組合物涂于基質(zhì)上。再使涂覆過的基質(zhì)形成所需要的形狀或構(gòu)型，例如打褶或回旋，所得到的制品在一定溫度烤干足夠的時間以使組合物的含氟聚合物和成膜材料固化。另外一種方案是，烤干和成型步驟可以顛倒。
除有另外說明，規(guī)定所有的百分比都是按重量計。實施例1-熱氣過濾作為多孔基質(zhì)，把從市場上買到的NOMEX芳族聚酰胺纖維(來自杜邦(Du Pont)公司)500g/m2針刺氈切成800mm×500mm大小的條狀物。使用兩種等級的氈一種(A)是織機(jī)狀針刺的(下文稱作基質(zhì)“A”)；一種(B)是燒毛的(以40m/分明火處理)和砑光的(215℃/10kg/cm)(下文稱作基質(zhì)“B”)。
作為處理組合物，表1列出的分散體是按US專利4,087,394所述程序制成的。
表1-組合物I)PAI溶液*〔18.7％固體〕，II)PAI溶液*/TEFLON FEP〔23％固體(7.7％/15.3％)水分散體〕，III)PAI溶液*/TEFLON FEP/云母〔25.5％固體(7％/14％/4.6％)水分散體〕，*聚酰胺酸(由1，2，4-苯三酸酐和4，4′-二苯氨基甲烷制備的)、水、糠醇和正-甲基吡咯烷酮的混合物。
把針刺氈多孔基質(zhì)樣品在BENZ實驗室襯填器(Padder)上以浸液率在150和250％之間(基于干樣品重量)用組合物I、II和III來浸漬，在200℃下小型拉幅架上(BENZ)上干燥3分鐘，接著于300℃下烤干3分鐘。用組合物I)處理的一半樣品未加烤干，因為它們不含能提供高化學(xué)保護(hù)性和潤滑性的含氟聚合物。施加比率列于表2，其中“owf”代表“以纖維織物重量為基”(干基)
表2-施加比率組合物g/l 浸液率基質(zhì)氈上最終量140g/l I155％ B 2.5％owf(2.5PAI)150g/l II 192％ B 6.8％owf(2.3PAI)300g/l III 145％ B 10.8％owf(3PAI)140g/l I235％ A 6％owf(6PAI)500g/l I244％ A 23％owf(23PAI)300g/l II 168％ A 11.7％owf(3.9PAI)300g/l III 69％ A 20％owf(5.4PAI)在手動壓力下把從前面步驟得到的基質(zhì)在常規(guī)的設(shè)備上于200℃-250℃溫度下打褶30-60秒的時間。所有制備的樣品在所有的試驗溫度下都可打褶，盡管在較低的溫度下打褶時間長些。
組合物I、II和III中的每一種都能提供具有滿足要求的空氣滲透性的硬化針刺氈結(jié)構(gòu)。然而，組合物I的針刺氈與未處理的針刺氈比較時傾向于切口撕裂強(qiáng)度下降(按DIN 53849/4測量的)，而用組合物II和III處理則可保持或改進(jìn)切口撕裂強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種氣體可滲透纖維織物，此織物包含用含有含氟聚合物和硬化成膜材料的組合物處理過的多孔基質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的氣體可滲透纖維織物，其中成膜材料是聚酰胺酰亞胺。
3.權(quán)利要求1或2的氣體可滲透纖維織物，其中組合物還含有云母粒子、涂有顏料或片狀金屬的云母粒子；及其混合物。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的氣體可滲透纖維織物，其中含氟聚合物是聚四氟乙烯，或四氟乙烯與一種或多種的1)全氟化乙烯醚，2)全氟化乙烯-丙烯，3)六氟丙烯和4)1，1-二氟乙烯的共聚物；以及其混合物。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的氣體可滲透纖維織物，其中纖維織物是由選自間-芳族聚酰胺、對-芳族聚酰胺、芳族聚酰胺共聚物、聚酰胺酰亞胺、聚噁二唑、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷，及其混合物的纖維制成的。
6.權(quán)利要求1或2的氣體可滲透纖維織物，其中纖維織物是由選自聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、聚亞苯基硫醚、聚醚酰亞胺、粘膠纖維、棉花或改性纖維素、及其混合物的纖維制成的。
7.權(quán)利要求6的氣體可滲透纖維織物，其中含氟聚合物分散在水中。
8.按前述權(quán)利要求中任一項的氣體可滲透纖維織物，其中纖維織物被制成所要求的形狀。
9.權(quán)利要求8的氣體可滲透纖維織物，其中纖維織物是過濾器。
10.一種制造按前述權(quán)利要求中任一項的氣體可滲透纖維織物的方法，包含把含有含氟聚合物和成膜材料的組合物涂于多孔基質(zhì)上，使基質(zhì)形成所要求的形狀，和使組合物固化。
全文摘要
公開一種由多孔基質(zhì)制成的氣體可滲透纖維織物,該基質(zhì)用含有含氟聚合物和硬化、成膜材料的組合物處理過。
文檔編號D04H1/488GK1173828SQ9619183
公開日1998年2月18日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月10日
發(fā)明者K·H·威斯 申請人:納幕爾杜邦公司