CH708298A2

CH708298A2 - Synthetic fibers and fabrics, manufacturing methods and use as fuel.

Info

Publication number: CH708298A2
Application number: CH12052013A
Authority: CH
Inventors: Walter Nüesch
Original assignee: Cortex Hümbelin Ag
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-01-15
Also published as: EP2821543A1

Abstract

Es wird eine imprägnierte Kunstfaser, umfassend imprägnierte Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)-Fasern (PBO-Fasern) vorgestellt. Diese PBO-Fasern weisen eine hohe Zugfestigkeit bei hoher Elastizität auf und sind aufgrund der Imprägnierung mit einer elastischen, chemikalienbeständigen und UV-beständigen Sperrschicht auch zur Herstellung von technischen Gummiartikeln und zur Bildung eines flexiblen Tanks für Treibstoffe, Öle oder Flüssigkeiten von Hydrauliksystemen, wie Bremsflüssigkeit, geeignet.An impregnated synthetic fiber comprising impregnated poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers (PBO fibers) is presented. These PBO fibers have high tensile strength with high elasticity and, due to the impregnation with an elastic, chemical resistant and UV resistant barrier layer, are also suitable for the production of technical rubber articles and for forming a flexible tank for fuels, oils or fluids of hydraulic systems such as brake fluid , suitable.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt Kunstfasern und Kunstfasergewebe, umfassend Poly(p-phenylen-2, 6-benzobisoxazol)-Fasern (PBO-Fasern) und eine Beschichtung als Sperrschicht für Flüssigkeiten, Gase und UV-Strahlung, sowie die Imprägnierung von PBO-Fasern und/oder PBO-Fasergewebe und die Verwendung von imprägnierten PBO-Fasern und/oder PBO-Fasergewebe, sowie einen Tank für Treibstoffe, Öle oder Flüssigkeiten von Hydrauliksystemen, wie Bremsflüssigkeit mit flexiblen Wandungen. The present invention describes synthetic fibers and synthetic fiber fabrics comprising poly (p-phenylene-2, 6-benzobisoxazole) fibers (PBO fibers) and a barrier coating for liquids, gases and UV radiation, as well as the impregnation of PBO -Fibers and / or PBO-fiber fabric and the use of impregnated PBO fibers and / or PBO-fiber fabric, and a tank for fuels, oils or fluids of hydraulic systems, such as brake fluid with flexible walls.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Aus dem Stand der Technik gehen Kunstfasergewebe, beispielsweise in Form von Polyamidgeweben hervor, welche zur Herstellung von flexiblen Treibstoffbehältern und für Behälter zur Aufnahme von wässrigen oder organischen Lösungen einsetzbar sind. Durch Einsatz des Kunstfasergewebes sind daraus gebildete Behälter in gewissem Masse bruch- und aufprallsicher. Beschichtete Polyamidgewebe, beispielsweise aus Nylon sind sogar gegen Geschosse mit niedriger Energie und Geschwindigkeit kugelsicher. Synthetic fiber fabrics, for example in the form of polyamide fabrics, which can be used for producing flexible fuel containers and containers for holding aqueous or organic solutions, are known from the prior art. By using the synthetic fiber fabric, containers formed therefrom are to some extent resistant to breakage and impact. Coated polyamide fabrics, such as nylon, are bulletproof even against low energy and speed bullets.

[0003] Zur Verbesserung der Energieabsorptionsfähigkeit des Kunstfasergewebes und zur Verbesserung der Bruch- und Aufprallsicherheit des resultierenden Behälters wurde in der DE 3 015 974 ein Kunstfasergewebe aus aromatischem Polyamid, als Aramid bezeichnet, verwendet, welches beispielsweise mit Elastomeren beschichtet ist. To improve the energy absorption capacity of the synthetic fiber fabric and to improve the fracture and impact safety of the resulting container was in DE 3 015 974 a synthetic fabric of aromatic polyamide, referred to as aramid, used, which is coated for example with elastomers.

[0004] Da die Aramidfaser eine grössere Energieabsorption als die Polyamidfaser, bei geringerem Gewicht und höherer Zugfestigkeit aufweist, sind hochfeste flexible Behälter daraus herstellbar, welche auch für Treibstofftanks in Autos sicher einsetzbar sind. Gemäss der DE 3 015 974 ist das Aramidgewebe mindestens einseitig mit einer Kunststoffschicht beschichtet, welche elastomere Eigenschaften aufweist. Neben diversen Natur- oder Synthesekautschukarten werden bevorzugt Polyester oder Polyurethan bzw. auch Kombinationen daraus zur Beschichtung eingesetzt, welche eine Gummilage bilden. Since the aramid fiber has a greater energy absorption than the polyamide fiber, with less weight and higher tensile strength, high-strength flexible containers are produced from it, which are safe for use in fuel tanks in cars. According to DE 3 015 974, the aramid fabric is coated on at least one side with a plastic layer which has elastomeric properties. In addition to various natural or synthetic rubbers, preference is given to using polyester or polyurethane or else combinations thereof for coating, which form a rubber layer.

[0005] Die Eigenschaften der Aramidfasern haben zu flexiblen, leichten, hochfesten und bruchsicheren Aramidgeweben geführt. Durch die Gummilage konnte die Elastizität, Reissfestigkeit und die Druckverformungsresistenz nahezu unbeeinflusst gut bleiben. Allerdings ist die Chemikalien- und Alterungsbeständigkeit der Gummilage auf dem Aramidgewebe für einen dauerhaften Einsatz in einem Treibstofftank nicht ausreichend. The properties of the aramid fibers have led to flexible, lightweight, high-strength and unbreakable aramid weaves. Due to the rubber layer, the elasticity, tear strength and compression set resistance remained virtually unaffected. However, the chemical and aging resistance of the rubber layer on the aramid fabric is not sufficient for a durable use in a fuel tank.

[0006] Versuche haben gezeigt, dass sich Teile der Gummilage vom Kunstfasergewebe durch Einwirkung der gelagerten Chemikalien ablösen. Die bislang verwendeten gummibildenden Materialien haben keine ausreichende Resistenz gegen Chemikalien aufgewiesen. Im Falle eines Treibstofftanks gehen diese Gummipartikel in den Treibstoff über und können zu Verstopfungen der Ein-und Auslässe des Treibstofftanks beziehungsweise der Einspritzdüsen eines Verbrennungsmotors führen. Eine ausreichende Entnahme des Treibstoffes aus dem Tank kann damit nicht dauerhaft gewährleistet sein. Experiments have shown that detach parts of the rubber layer from the synthetic fiber fabric by the action of the stored chemicals. The rubber-forming materials used hitherto have not exhibited sufficient resistance to chemicals. In the case of a fuel tank these rubber particles go into the fuel and can lead to blockages of the inlets and outlets of the fuel tank or the injection nozzles of an internal combustion engine. Sufficient removal of the fuel from the tank can thus not be guaranteed permanently.

[0007] In der DE 10 103 054 ist ein Weg vorgestellt worden, die Wandstärke von Treibstofftanks durch geänderte Wahl des Kunstfasergewebes zu verringern, wobei hohe Flexibilität und geringes Gewicht des Kunstfasergewebes erreichbar sind. Es wird ein Kunstfasergewebe aus Poly(p-phenylen-2.6-benzobisoxazol)-Fasern (auch PBO-Faser genannt) verwendet, welches beidseitig mit Gummi beschichtet ist. Bei Verwendung des beidseitig beschichteten Kunstfasergewebes als Treibstofftank ist eine Sperrschicht, beispielsweise aus Polyamid oder Polyvinylidenchlorid zur Abdichtung gegen Flüssigkeitsdiffusion vorgesehen. Während die elastischen Eigenschaften der Gummischichten zur Erreichung möglichst flexibler Treibstofftanks nützlich sind, ist eine Anordnung der zusätzlichen Sperrschicht notwendig, um eine gewünschte Chemikalienbeständigkeit des Treibstofftanks zu erreichen und die Alterung nahezu zu eliminieren. In DE 10 103 054 a way has been presented to reduce the wall thickness of fuel tanks by changing the choice of synthetic fiber fabric, with high flexibility and low weight of the synthetic fiber fabric can be achieved. It is a synthetic fiber fabric of poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers (also called PBO fiber) used, which is coated on both sides with rubber. When using the double-coated synthetic fiber fabric as a fuel tank, a barrier layer, for example made of polyamide or polyvinylidene chloride is provided for sealing against liquid diffusion. While the elastic properties of the rubber layers are useful for achieving highly flexible fuel tanks, an arrangement of the additional barrier layer is necessary to achieve a desired chemical resistance of the fuel tank and to virtually eliminate aging.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0008] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine hochflexible, elastische und bruchfeste Kunstfaser und daraus hergestelltes Kunstfasergewebe zu schaffen, welches neben einer guten Alterungs- und Chemikalienbeständigkeit eine äusserst niedrige Gasdurchlässigkeit aufweist, gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1. The present invention has for its object to provide a highly flexible, elastic and unbreakable synthetic fiber and synthetic fiber fabric made therefrom, which in addition to a good aging and chemical resistance has an extremely low gas permeability, according to the features of claim 1.

[0009] Eine weitere Aufgabe ist die Verwendung der Kunstfaser bzw. des Kunstfasergewebes für technische Gummiartikel, beispielsweise Riemen, Schläuche, Gurte, Antriebselemente aber auch zur Bildung eines Tanks für Treibstoffe, Öle oder Flüssigkeiten von Hydrauliksystemen, wie Bremsflüssigkeit. Another object is the use of synthetic fiber or artificial fiber fabric for technical rubber products, such as belts, hoses, straps, drive elements but also to form a tank for fuels, oils or liquids of hydraulic systems, such as brake fluid.

[0010] Vorteilhaft an dem hier vorgestellten veredelten Kunstfasergewebe ist die einfache Herstellung, wobei nur eine Lage des Kunstfasergewebes imprägniert wird und zur Herstellung von Chemikalien- und UV-beständigen flexiblen Tanks für Treibstoffe verwendbar ist. An advantage of the here presented refined synthetic fiber fabric is the ease of manufacture, wherein only one layer of the synthetic fiber fabric is impregnated and for the production of chemical and UV-resistant flexible fuel tanks is used.

Beschreibungdescription

[0011] Es wird ein Kunstfasergewebe mit unterschiedlichem bekannten Gewebeaufbau beschrieben, welches üblicherweise aus sich rechtwinklig kreuzenden Kett- und Schussfäden einer Kunstfaser besteht. Die Kunstfaser ist aus Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)-Fasern (auch PBO-Fasern genannt) gebildet. Diese Fasern, welche unter dem Handelsnamen Zylon der Firma Toyobo hergestellt werden, weist im Vergleich mit Polyamid- bzw. Aramidfasern eine deutlich höhere Zugfestigkeit auf. Das PBO-Kunstfasergewebe ist elastisch stark verformbar und damit zur Herstellung diverser technischer Gummiartikel, insbesondere Riemen, Schläuche, Gurte und von Antriebselementen einsetzbar. It is a synthetic fiber fabric described with different known fabric structure, which usually consists of at right angles crossed warp and weft threads of a synthetic fiber. The synthetic fiber is formed from poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers (also called PBO fibers). These fibers, which are manufactured under the trade name Zylon Toyobo, has in comparison with polyamide or aramid fibers to a significantly higher tensile strength. The PBO synthetic fiber fabric is elastically highly deformable and thus suitable for the production of various technical rubber articles, in particular belts, hoses, belts and drive elements.

[0012] Als Basis zur hier besonders interessierenden Herstellung von flexiblen Tanks für Treibstoffe kann das PBO-Kunstfasergewebe eingesetzt werden. Die Wandung aus PBO-Kunstfasergewebe kann im Vergleich zu Polyamid- bzw. Aramidfasern dünner ausgebildet werden, bei gleicher Zugfestigkeit, wodurch Gewicht eingespart werden kann und der Tank flexibler ausführbar ist, da die Wandung entsprechend dünner ist. Es sind damit hochflexible und sehr leichte Tanks herstellbar, wobei eine hohe Bruchsicherheit und Reissfestigkeit erreicht wird. Das erreichbare Flächengewicht des Zylon-Kunstfasergewebes lag zwischen 100 und 600 g/m<2>. Mit einer derartigen Gewichtseinsparung sind Tanks beispielsweise für den Autorennsport herstellbar, welche auf das Gesamtgewicht des Tanks gerechnet etwa 4 Kilogramm Masse einsparen. As a basis for the particularly interesting production of flexible tanks for fuels, the PBO synthetic fiber fabric can be used. The wall of PBO synthetic fiber fabric can be made thinner compared to polyamide or aramid fibers, with the same tensile strength, whereby weight can be saved and the tank is flexible executable because the wall is correspondingly thinner. There are thus highly flexible and very lightweight tanks to produce, with a high resistance to breakage and tear strength is achieved. The achievable basis weight of the Zylon synthetic fiber fabric was between 100 and 600 g / m 2. With such a weight saving tanks for example for the car racing can be produced, which calculated on the total weight of the tank saved about 4 kilograms of mass.

[0013] Problematisch ist die Empfindlichkeit der PBO-Fasern gegen Feuchtigkeit, UV-Strahlen und Chemikalieneinwirkungen. Damit können die PBO-Fasern nicht im Rohzustand verwendet werden. The problem is the sensitivity of the PBO fibers against moisture, UV rays and chemical agents. Thus, the PBO fibers can not be used in the raw state.

[0014] Zur Steigerung der Widerstandsfähigkeit des PBO-Kunstfasergewebes und daraus hergestellter technischer Gummiartikel, wird eine Beschichtung des Kunstfasergewebes bzw. hergestellter Garne mit Fluorelastomeren durchgeführt. Fluorelastomere weisen eine hohe thermische und chemische Beständigkeit auf, wobei eine Resistenz gegen Treibstoffe, wie Benzin, Diesel und Kerosin, sowie gegen Öl resultiert. Es ist bekannt, dass Fluorelastomere Kohlenwasserstoffen auch bei höheren Temperaturen standhalten, ohne aufzuquellen oder sich aufzulösen. To increase the resistance of the PBO synthetic fiber fabric and technical rubber product made therefrom, a coating of the synthetic fiber fabric or produced yarns is carried out with fluoroelastomers. Fluoroelastomers have high thermal and chemical resistance, resulting in resistance to fuels such as gasoline, diesel and kerosene, as well as oil. It is known that fluoroelastomers can withstand hydrocarbons even at higher temperatures without swelling or dissolving.

[0015] Damit Fluorelastomere auf der Kunstfaser haften können, muss die Oberfläche der Kunstfasern mit einem Haftvermittler besprüht. Als Haftvermittler eignen sich Gemische aus Epoxyharz und RFL, einem wässrigen Gemisch von Resorcinharzen, Formalinharzen und einem aus einem Polymer mit Halogenen bestehenden Latex. Dieser Haftvermittlung wird in einer geeigneten Mischung bzw. Zusammensetzung hergestellt und zur Verbesserung der Hafteigenschaften auf die Kunstfaser aufgesprayt und dann getrocknet. So that fluoroelastomers can adhere to the synthetic fiber, the surface of the synthetic fibers must be sprayed with a bonding agent. Suitable adhesion promoters are mixtures of epoxy resin and RFL, an aqueous mixture of resorcinol resins, formalin resins and a latex consisting of a polymer with halogens. This adhesion promoter is prepared in a suitable mixture or composition and sprayed on the synthetic fiber to improve the adhesive properties and then dried.

[0016] Versuche mit Viton<®>(eingetragenes Warenzeichen der E. I. du Pont de Nemours and Company) als Fluorelastomer (ISO-Kurzbezeichnung=FKM, DIN-Kurzbezeichnung=FPM) haben zu guten Ergebnissen geführt. Es wurde eine Viton-Lösung, umfassend in organischen Lösungsmitteln gelöste Anteile, hergestellt und gleichmässig auf die Oberfläche des mit Haftvermittler versehenen Kunstfasergewebes aufgebracht, wobei ein möglichst homogene Verteilung der Viton-Lösung erreichbar ist. Das Auftragen der Viton-Lösung wird durch aufsprayen auf die Kunstfaser bzw. das Kunstfasergewebe erreicht. Bevorzugt ist das Aufsprayen der Viton-Lösung in Form eines monodispersen oder polydispersen Sprays in gleichmässigen Bahnen auf der zu veredelnden Oberfläche des Kunstfasergewebes. Experiments with Viton <®> (registered trademark of E.I. du Pont de Nemours and Company) as fluoroelastomer (ISO abbreviation = FKM, DIN short name = FPM) have led to good results. A Viton solution, comprising components dissolved in organic solvents, was prepared and uniformly applied to the surface of the synthetic fiber fabric provided with adhesion promoter, with the most homogeneous possible distribution of the Viton solution being achievable. The application of the Viton solution is achieved by spraying onto the synthetic fiber or the synthetic fiber fabric. Preferably, the spraying of the Viton solution in the form of a monodisperse or polydisperse spray in uniform paths on the surface to be refined of the synthetic fiber fabric.

[0017] Die homogene Verteilung der Viton-Lösung sorgt für eine gleichmässige Dichtigkeit der Oberfläche des Kunstfasergewebes, was vor allem bei der Herstellung von Treibstofftanks aus dem Kunstfasergewebe gewünscht ist. Durch das Aufsprayen der Viton-Lösung, verteilen sich die Fluorelastomermoleküle auf der Oberfläche und ein Teil diffundiert mindestens teilweise in das Kunstfasergewebe hinein. Durch die Beimengung von Russpartikeln in der Viton-Lösung ist die PBO-Kunstfaser vor UV-Strahlung geschützt. The homogeneous distribution of the Viton solution ensures a uniform tightness of the surface of the synthetic fiber fabric, which is desired especially in the production of fuel tanks from the synthetic fiber fabric. By spraying the Viton solution, the fluoroelastomer molecules are distributed on the surface and a part at least partially diffuses into the synthetic fiber fabric. Due to the addition of soot particles in the Viton solution, the PBO synthetic fiber is protected against UV radiation.

[0018] Das Aufbringen der Viton-Lösung erfolgt üblicherweise auf beide Seiten des Kunstfasergewebes, wonach anschliessend eine Erhitzung und Trocknung des Kunstfasergewebes für drei bis zwanzig Minuten bei Temperaturen von 100 °C bis 220 °C durchgeführt wird. Das Lösungsmittel verdampft bei diesem Prozess, wobei eine dünne homogene Sperrschicht in Form einer Viton-/Russpartikel-Schicht auf den Oberflächen des Kunstfasergewebes verbleibt. Bevorzugt wird die Trocknung für fünf Minuten bei 150 °C durchgeführt. The application of the Viton solution is usually carried out on both sides of the synthetic fiber fabric, after which a heating and drying of the synthetic fiber fabric for three to twenty minutes at temperatures of 100 ° C to 220 ° C is performed. The solvent evaporates in this process, leaving a thin homogeneous barrier layer in the form of a viton / soot particle layer on the surfaces of the synthetic fiber fabric. Preferably, the drying is carried out at 150 ° C for five minutes.

[0019] Nach Imprägnierung mit der Sperrschicht der beschichteten PBO-Kunstfasern bzw. des Kunstfasergewebes können diese zu den gewünschten Endprodukten weiterverarbeitet werden. Das mit der Sperrschicht versehene PBO-Kunstfasergewebe kann auf gewünschte Masse zugeschnitten werden und teilweise an definierten Punkten, Linien und Flächen mittels bekannten Kunststoffschweissverfahren unlösbar stoffschlüssig verbunden werden. Damit sind einfache bis komplexe zweidimensionale und dreidimensionale Strukturen erzeugbar. After impregnation with the barrier layer of the coated PBO synthetic fibers or the synthetic fiber fabric, these can be further processed to the desired end products. The provided with the barrier layer PBO synthetic fiber fabric can be cut to desired mass and partially inextricably cohesively connected at defined points, lines and surfaces by means of known plastic welding. Thus, simple to complex two-dimensional and three-dimensional structures can be generated.

[0020] Der verwendete Industrieruss ist in unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen und mit unterschiedlich grossen Primärpartikeln, unterschiedliche spezifische Oberflächen aufweisend erhältlich. The used carbon black is available in different carbon concentrations and with different sized primary particles, having different specific surface areas.

Claims

Synthetic fibers and / or synthetic fiber fabrics, comprising poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers (PBO fibers) and a coating as a barrier layer for liquids, gases and UV radiation, characterized in that the PBO fibers and / or the PBO fiber fabric having a barrier layer comprising a liquid mixture of Viton, soot particles and organic solvents impregnated.

2. synthetic fibers and synthetic fiber fabric according to claim 1, characterized in that the barrier layer of Viton Vt25 and carbon black with a concentration of at least 95% carbon.

3. Impregnation of PBO fibers and / or PBO fiber fabrics characterized by Spraying the surface of the PBO fibers or the PBO fiber fabric with a liquid solution of an adhesion promoter, Drying of the adhesion promoter, Spraying the PBO fibers or the PBO fiber fabric with a liquid mixture comprising viton, soot particles and organic solvents and then - Drying to form a barrier layer.

4. Impregnation according to claim 3, characterized in that the drying of the adhesion promoter and / or the liquid mixture takes place at temperatures of 100 ° C to 220 ° C for three to twenty minutes.

5. Impregnation according to claim 3, characterized in that the liquid mixture x wt.% Viton y% by weight of soot particles and a residual organic solvent z.

6. Use of impregnated PBO fibers and / or PBO fiber fabric according to claim 1, for the production of technical rubber articles, in particular belts, hoses, straps, drive elements.

7. Use of impregnated PBO fibers and / or PBO fiber fabric according to claim 1, for forming a flexible tank for fuels, oils or liquids of hydraulic systems, such as brake fluid.

8. tank for fuels, oils or liquids of hydraulic systems, such as brake fluid with flexible walls, characterized in that the walls of the tank made of synthetic fiber fabric are formed according to claim 1, wherein cohesive welds for creating two-dimensional and three-dimensional structures are provided.