專利名稱：纖維組合體及其在真空絕緣系統(tǒng)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及優(yōu)選可以用于真空絕緣系統(tǒng)中的纖維組合體。本發(fā)明進(jìn)一步描述了包 含本發(fā)明纖維組合體的絕緣系統(tǒng)以及高性能塑料(KimststOff)纖維的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著化石能源變得日益縮減和對(duì)氣候保護(hù)的需要變得越來越尖銳，節(jié)能技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)的能量運(yùn)輸以及以愛惜資源方式獲得的有用能量的中間存儲(chǔ)越來越重要?；芰拷?jīng)濟(jì) 的這種補(bǔ)充和改型的有希望的替代方案是使用低溫能量載體，例如生態(tài)學(xué)氫經(jīng)濟(jì)。對(duì)有效的絕熱材料的需求因此在所有這些領(lǐng)域中日益增長。尤其是，僅當(dāng)優(yōu)異的 絕熱極大限制從環(huán)境中的不可避免的熱引入時(shí)，才能經(jīng)濟(jì)地操作延伸的低溫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸冷液體的管線系統(tǒng)尤其在DE-A-31 03 587、DE-A-36 30 399, EP-A-O 949 444、US 4，924，679、DE-A-100 31 491、DE 692 02 950T2、DE 195 11 383 Al、DE 196 41 647 CUDE 695 19 354 T2、DE_A_2013 983 和 WO 2005/043028 中進(jìn)行了描述。公開文本DE-A-31 03 587描述了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的絕熱軟管。尤其提出泡沫材料 作為絕緣材料。然而，該公開文本中沒有公開其絕緣可以通過利用真空而改進(jìn)的系統(tǒng)?？梢栽谡婵障虏僮鞯能浌芟到y(tǒng)在DE-A-36 30 399中進(jìn)行了公開。然而，通過用泵 抽吸產(chǎn)生真空。尤其描述粉末散裝床作為絕緣材料。為了從軟管中導(dǎo)出氣體，公開了在施 加真空期間壓到該散裝床上的無紡材料。用于運(yùn)輸冷介質(zhì)，尤其是用于運(yùn)輸液化氣的撓性低溫軟管在EP-A-O 949 444中 進(jìn)行了公開。然而，在這里僅描述了含氟聚合物的使用，其中沒有公開由這種材料制成的纖 維的使用。相反，描述了由這些塑料制成的間隔物，尤其是帶材或圓片。在US 4，924，679中公開了使用CO2在管線系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生真空。然而，作為材料提出 的同樣是使用含氟軟管，而在該公開文本中沒有公開關(guān)于纖維材料的任何信息。DE-A-100 52 856中提出了使用低溫介質(zhì)的蒸發(fā)熱用于經(jīng)由相轉(zhuǎn)變儲(chǔ)存能量的介 質(zhì)(例如空氣)的冷卻和液化。由此可以相當(dāng)大地延長低溫介質(zhì)的儲(chǔ)存期限。在從儲(chǔ)存容 器填充和除去低溫介質(zhì)的過程中，必須考慮能量?jī)?chǔ)存性介質(zhì)，以便改進(jìn)儲(chǔ)存中的能量平衡。也已經(jīng)描述了使用多重能量產(chǎn)生-儲(chǔ)存-供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)家用技術(shù)太陽能/環(huán)境熱 量-能量獲取系統(tǒng)。其實(shí)例參見DE-A-100 31 491。然而，該文獻(xiàn)中僅按非常一般的方式論 述了實(shí)施這種系統(tǒng)的多種可能的方式。DE 692 02 950 T2描述了用于低溫流體的轉(zhuǎn)移管線。這種轉(zhuǎn)移管線包括用于運(yùn)輸 低溫流體和冷卻液的熱耦合的管道系統(tǒng)，其用膜纏繞，所述膜采用連接裝置與冷卻管道管 線連接。DE 195 11 383 Al公開了與用于低溫液體的蒸發(fā)方法耦合的天然氣液化方法。這 種方法的進(jìn)一步開發(fā)在DE 196 41 647 Cl 30中進(jìn)行了描述。DE 695 19 354 T2公開了具有用于低溫流體的過冷器的排料系統(tǒng)。DE-A-20 13 983公開了用于轉(zhuǎn)移電能、冷卻功率或用于運(yùn)輸工業(yè)氣體的管線系統(tǒng)，該管線系統(tǒng)可用于構(gòu)造具有不同功能的大規(guī)模管線網(wǎng)絡(luò)。最后，公開文本W(wǎng)O 2005/043028描述了用于能量網(wǎng)絡(luò)的管線構(gòu)件和向消耗裝置供應(yīng)低溫能量載體的方法。上述公開文本已經(jīng)描述了可以用于運(yùn)輸?shù)蜏啬芰枯d體的管線系統(tǒng)。然而，仍需要 改進(jìn)這些管線系統(tǒng)的性能。上述系統(tǒng)中的一部分描述了由剛性材料制造的管道管線。然而，這些絕緣材料不 可以簡(jiǎn)單地適應(yīng)復(fù)雜成型的待絕緣的構(gòu)件。在施加真空時(shí)就已經(jīng)必須預(yù)定后續(xù)的待包封的 構(gòu)件的形狀。因此在實(shí)踐中也不能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的完全包封，而沒有沿傳熱方向延伸的邊緣或 接縫(所謂的熱橋)。面對(duì)這種絕緣構(gòu)件在其面內(nèi)的部分情況下優(yōu)異的絕緣性能的因此是 在實(shí)際使用中在從一個(gè)絕緣構(gòu)件到下一個(gè)絕緣構(gòu)件的過渡段處的許多不可避免的熱橋。用 于低溫氣體的這樣絕緣的管道區(qū)段的總的有效的絕緣作用對(duì)于經(jīng)由較長區(qū)段的運(yùn)輸而言 因此通常明顯太差。此外，由這些絕緣構(gòu)件的剛性決定的，它們的加工經(jīng)常是困難的并且在 幾何學(xué)上受到極大地約束。將復(fù)雜成型的構(gòu)件絕緣的一種可能的方法是用環(huán)繞的可氣密性密閉的殼將它們 包圍，用散裝床(由粉末構(gòu)成)填充該殼和構(gòu)件之間的空隙，然后才降低在這種殼內(nèi)的氣 壓。然而，在此問題是限定的定位，尤其是在殼內(nèi)在待絕緣的構(gòu)件的盡可能位于中央的定中 心，因?yàn)榉勰┐搽m然能夠良好地被引入甚至有角的空隙中，但是幾乎不為重型或活動(dòng)構(gòu)件 提供支撐。此類床在部分情況下表現(xiàn)得如同液體，以致待絕緣的構(gòu)件可容易地被移動(dòng)到殼 的邊緣，結(jié)果在局部產(chǎn)生過薄的絕緣層。僅僅適合的間隔物可帶來補(bǔ)救，所述間隔物又一方 面是熱橋，并且另一方面使整個(gè)構(gòu)造非常復(fù)雜并且難以加工。這些可彎曲系統(tǒng)尤其在WO 2005/043028中進(jìn)行了描述，它們的絕緣不滿足許 多要求。為了這些可彎曲系統(tǒng)的絕緣，WO 2005/043028提出了使用泡沫材料、二氧化硅
(KieselsSure)救沫-礦· 千維。然胃，夕船射才料具W較冑導(dǎo)&能力。
健 必須避免礦物纖維，例如石棉。在使用二氧化硅粉末的情況下，如果發(fā)生管線系統(tǒng)的不符合 操作規(guī)程的安裝，則絕緣效率可能降低。WO 2005/043028中沒有公開使用塑料纖維作為絕 緣材料。然而，這些絕緣材料中許多顯示與上述泡沫材料類似的缺點(diǎn)。基于塑料纖維的絕緣材料例如描述于Albany InternationalCorp.，Albany, N. Y.(美國)公司的文獻(xiàn) US 4, 588, 635,US 4, 681, 789,US 4，992，327 和 US 5，043，207 中。 然而，實(shí)施例中僅含有涉及作為絕緣材料在上述管線系統(tǒng)中一般不導(dǎo)致比上述泡沫材料更 好的性能的PET纖維網(wǎng)(Vliesen)的實(shí)施方案。作為本發(fā)明纖維組合體的主題的高性能纖 維與粘結(jié)性纖維的組合在這些公開文本中沒有明確地公開。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于本文指出和論述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)異的性能分布的絕 緣材料。這種性能分布尤其包括材料的非常低的導(dǎo)熱率和良好的機(jī)械性能，其甚至在低溫 下保持。機(jī)械性能尤其包括材料相對(duì)于加載壓力具有高強(qiáng)度并在高和低溫下具有高彈性， 以便例如確保內(nèi)部管線的限定的定位，以致基本上保持絕緣性能。另外，具有絕緣作用的管 線應(yīng)該顯示充分的可彎性，以致管線可簡(jiǎn)單且安全地安裝。
這些目的，以及雖然沒有明確提及，但是可以從在此論述的上下文明顯推導(dǎo)出或從在此論述的上下文必然得到的其它目的通過權(quán)利要求1中描述的纖維組合體而達(dá)到。這 種纖維組合體的有利的改進(jìn)型在從屬于權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中進(jìn)行保護(hù)。至于絕緣 系統(tǒng)以及用途，權(quán)利要求22和36分別提供了所基于的目的的解決方案。本發(fā)明因此提供包含高性能塑料纖維和粘結(jié)性纖維的纖維組合體，其中所述纖維 組合體包含至少70重量％高性能塑料纖維和至多30重量％粘結(jié)性纖維，其特征在于所述 纖維組合體具有纖維的層狀排列，其中至少一部分纖維通過可通過粘結(jié)性纖維的軟化獲得 的接觸點(diǎn)彼此粘結(jié)。通過本發(fā)明的措施令人驚奇地成功提供具有優(yōu)異的性能分布的絕緣材料。根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體顯示材料的非常低的導(dǎo)熱率和良好機(jī)械性能，其甚至在 低溫下保持。機(jī)械性能尤其包括經(jīng)加工的纖維組合體具有對(duì)于加載壓力的高強(qiáng)度和在高和 低溫下的高彈性。因此，纖維組合體能夠向引導(dǎo)低溫能量載體的管線提供充分支撐，以致這 些管線的限定的定位在安裝和在操作時(shí)得到維持。另外，包括根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體的 管線可以具有充分的可彎性，以致這些管線可簡(jiǎn)單且安全地安裝。此外，本發(fā)明纖維組合體和包括這些纖維組合體的絕緣系統(tǒng)可容易和廉價(jià)地制備 和加工。本發(fā)明的纖維組合體包括高性能塑料纖維和粘結(jié)性纖維。高性能塑料纖維在本領(lǐng) 域中是已知的。該術(shù)語應(yīng)理解尤其是指可以在高溫下使用的塑料纖維。用于制備這些纖維 的塑料優(yōu)選具有低的固體導(dǎo)熱率，是非常彈性和硬性的，耐化學(xué)品，難點(diǎn)燃，和具有較高IR 消光系數(shù)。高性能塑料纖維適宜地具有至少200°C，更優(yōu)選至少230°C的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度?？梢岳貌钍緬呙枇繜岱?DSC)測(cè)量這種性能。用于制備高性能塑料纖維的優(yōu)選的塑料的固體導(dǎo)熱率優(yōu)選是至多0.7W/(mK)，更 優(yōu)選至多0. 2W/(mK)，例如是根據(jù)ASTM 5930-97或DIN 52616在293K的溫度下測(cè)量的。優(yōu)選的高性能塑料纖維尤其包括聚酰亞胺纖維、聚苯并咪唑纖維、芳族聚酰胺纖 稚、聚醚酮纖維和/或聚苯硫醚纖維，其中聚酰亞胺纖維是尤其優(yōu)選的。聚酰亞胺是本身已知的并例如在Ullmann ‘ s Encyclopedia oflndustrial Chemistry, CD-ROM上第5版中進(jìn)行了描述。聚酰亞胺優(yōu)選可以具有25000-500000g/mol的重均分子量。優(yōu)選的聚酰亞胺可通過酸酐與胺和/或異氰酸酯的縮合獲得。優(yōu)選地，在此使至 少雙官能的酸酐與至少雙官能的異氰酸酯，在強(qiáng)極性質(zhì)子惰性溶劑，例如NMP、DMF、DMAc或 DMSO中，在CO2解離的情況下進(jìn)行反應(yīng)?；蛘?，可以使至少雙官能的酸酐與至少雙官能的胺 反應(yīng)，其中在這種變化方案下，必須在第二階段中將首先形成的聚酰胺酸進(jìn)行酰亞胺化。這 種酰亞胺化常規(guī)在高于150°C至350°C的溫度下以熱的方式進(jìn)行，或在吸水劑例如乙酸酐 和堿例如吡啶的輔助下在室溫下以化學(xué)方式進(jìn)行。用于制備聚酰亞胺的優(yōu)選的單體結(jié)構(gòu)單元尤其包括芳族二異氰酸酯，尤其2， 4_ 二異氰酸基甲苯(2，4-TDI)、2，6-二異氰酸基甲苯(2，6-TDI)、1，1 ‘-亞甲基雙[4-異 氰酸基苯](MDI)、IH-茚-2，3- 二氫-5-異氰酸基_3_ (4-異氰酸苯酯基)-I，1，3-三甲基 (CAS42499-87-6)；芳族酸酐，例如5，5'-羰基雙_1，3-異苯并呋喃二酮(二苯甲酮四羧酸二酐，BTDA)、均苯四酸酐(PMDA)。這些單體結(jié)構(gòu)單元可以單獨(dú)使用或作為混合物形式使用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定方面，所使用的聚酰亞胺可以是可由包含5，5 ‘-羰基雙-1，3-異苯并呋喃二酮(BTDA)與2，4_二異氰酸基甲苯(2，4-TDI)、2，6-二異氰酸基甲苯 (2，6_TDI)、1，1'-亞甲基雙[4-異氰酸基苯](MDI)的混合物的反應(yīng)獲得的聚合物。BTDA 的比例在此優(yōu)選是至少70摩爾％，更優(yōu)選至少90摩爾％，甚至更優(yōu)選大約100摩爾％，基 于所使用的酸酐。2，4-TDI在此的比例優(yōu)選是至少40摩爾％，更優(yōu)選至少60摩爾％，甚至 更優(yōu)選大約64摩爾％，基于所使用的二異氰酸酯。在這個(gè)實(shí)施方案中，2，6-TDI的比例優(yōu)選 是至少5摩爾％，更優(yōu)選至少10摩爾％，甚至更優(yōu)選大約16摩爾％，基于所使用的二異氰 酸酯。在這個(gè)實(shí)施方案中，MDI的比例優(yōu)選是至少10摩爾％，更優(yōu)選至少15摩爾％，甚至 更優(yōu)選大約20摩爾％，基于所使用的二異氰酸酯。優(yōu)選地，所使用的聚酰亞胺可以另外是可由包含5，5' _羰基雙-1，3-異苯并呋喃 二酮(BTDA)和均苯四酸酐(PMDA)與2，4_ 二異氰酸基甲苯(2，4_TDI)和2，6_ 二異氰酸基 甲苯(2，6-TDI)的混合物的反應(yīng)獲得的聚合物。BTDA的比例在此優(yōu)選是至少40摩爾％，更 優(yōu)選至少50摩爾％，甚至更優(yōu)選大約60摩爾％，基于所使用的酸酐。在這個(gè)實(shí)施方案中， 均苯四酸酐(PMDA)的比例優(yōu)選是至少10摩爾％，更優(yōu)選至少20摩爾％，甚至更優(yōu)選大約 40摩爾％，基于所使用的酸酐。2，4-TDI在這個(gè)實(shí)施方案中的比例優(yōu)選是至少40摩爾％， 更優(yōu)選至少60摩爾％，甚至更優(yōu)選大約64摩爾％，基于所使用的二異氰酸酯。在這個(gè)實(shí)施 方案中，2，6-TDI的比例優(yōu)選是至少5摩爾％，更優(yōu)選至少10摩爾％，甚至更優(yōu)選大約16摩 爾％，基于所使用的二異氰酸酯。除了均聚物之外，可用的聚酰亞胺另外還包括除了酰亞胺結(jié)構(gòu)單元之外在主鏈中 還包含其它官能團(tuán)的共聚物。本發(fā)明的一個(gè)特別的方面是，聚酰亞胺的至少50重量％，優(yōu) 選至少70重量％，甚至更優(yōu)選至少90重量％可以衍生自導(dǎo)致產(chǎn)生聚酰亞胺的單體結(jié)構(gòu)單元。尤其優(yōu)選使用的聚酰亞胺可以商品名P84從公司Inspec FibresGmbH, Lenzing/ 奧地利或從公司HP-Polymer GmbH, Lenzing/奧地利和以品名Matrimid從Huntsman Advanced Materials GmbH/Bergkamen 商購。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，高性能塑料纖維可以具有非圓形的橫截面形狀。非圓 形的橫截面形狀一般具有凸出部分和凹陷部分。所謂凸出部分在此是指纖維的沿橫向與纖 維的重心相距最大距離的邊界，而所謂凹陷部分是指纖維的與纖維的重心相距最小距離的 邊界。凸出部分和凹陷部分因此分別是距離纖維的外邊界和纖維重心的局部最大部分和最 小部分。從纖維的重心到至少一個(gè)凸出部分的最大距離在此可以認(rèn)為是纖維橫截面的外半 徑。類似地，可以將內(nèi)半徑定義為纖維的重心與至少一個(gè)凹陷部分之間的最小距離。外半 徑與內(nèi)半徑之比優(yōu)選是至少1. 2，更優(yōu)選至少1. 5，甚至更優(yōu)選至少2。纖維的橫截面形狀以 及范圍可以經(jīng)由電子顯微術(shù)測(cè)定。這些非圓形的橫截面形狀尤其包括具有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)和更多個(gè)凸出部分 的多葉形橫截面和星形橫截面。尤其優(yōu)選纖維具有三葉形橫截面。具有非圓形橫截面，尤 其三葉形橫截面的聚酰亞胺纖維可尤其通過如下方式獲得在常用的溶液紡絲方法中使用 具有較低聚合物含量的溶液。
除了實(shí)心纖維，另外也可以使用中空纖維。優(yōu)選的中空纖維同樣具有非圓形的橫 截面形狀，尤其是三葉形橫截面形狀。高性能纖維可以作為短纖維形式或連續(xù)長絲形式使用。高性能塑料纖維的直徑優(yōu)選在1-50 μ m,更優(yōu)選2-25 μ m,甚至更優(yōu)選3-15 μ m的 范圍內(nèi)。直徑在此是指經(jīng)過重心測(cè)量的纖維在橫向上的最大范圍。尤其可以使用電子顯微 術(shù)(REM)測(cè)定直徑。高性能塑料纖維的纖維線密度適宜地可以是至多l(xiāng)Odtex，更優(yōu)選至多5dtex。高 性能塑料纖維的在最大維下測(cè)量的纖維線密度優(yōu)選在0. 05-4dteX，更優(yōu)選0. I-Idtex的范 圍內(nèi)。本發(fā)明的一個(gè)特別的方面是，可以使用具有拳曲的高性能纖維。這種拳曲可以適 宜地在1-50，更優(yōu)選3-10/cm的范圍內(nèi)?？梢越?jīng)由光學(xué)法測(cè)定纖維的拳曲。這些值通常由 制備得到。另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以利用不具有拳曲或僅具有低拳曲的高性能纖維。除了高性能塑料纖維之外，根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體還包含粘結(jié)性纖維，它們用 來粘結(jié)高性能塑料纖維。粘結(jié)性纖維優(yōu)選具有至多180°C，更優(yōu)選至多150°C的熔點(diǎn)或玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度?？梢越?jīng)由DSC測(cè)定熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。粘結(jié)性纖維優(yōu)選包含聚烯烴纖維、丙烯酸系纖維、聚乙酸酯纖維、聚酯纖維和/或 聚酰胺纖維。粘結(jié)性纖維的直徑優(yōu)選在1-50 μ m,更優(yōu)選2-20 μ m,甚至更優(yōu)選4-10 μ m的范圍 內(nèi)。直徑在此是指經(jīng)過重心測(cè)量的纖維在橫向上的最大維。優(yōu)選的粘結(jié)性纖維的纖維線密度優(yōu)選小于lOdtex，更優(yōu)選小于5dtex。優(yōu)選的粘 結(jié)性纖維在最大維下測(cè)量的纖維線密度適宜地在0. 05-4dtex,更優(yōu)選0. l-2dtex的范圍 內(nèi)。纖維組合體包含至少70重量％高性能塑料纖維和至多30重量％粘結(jié)性纖維。高 性能塑料纖維的比例優(yōu)選在75重量％ -99. 5重量％，更優(yōu)選80-95重量％的范圍內(nèi)。粘結(jié) 性纖維的比例的上限由纖維組合體的所要求的效率得到，而下限由由絕緣系統(tǒng)的制造方法 規(guī)定的要求得到。粘結(jié)性纖維的比例優(yōu)選在0. 5重量％ -25重量％，更優(yōu)選5重量％ -20 重量％的范圍內(nèi)。所述纖維組合體具有纖維的層狀排列，其中至少一部分纖維通過可通過粘結(jié)性纖 維的軟化獲得的接觸點(diǎn)彼此粘結(jié)。術(shù)語"纖維的層狀排列"是指存在具有基本上處于平面內(nèi)的纖維的主取向。在 此，術(shù)語"平面"應(yīng)廣義理解，因?yàn)槔w維具有三維范圍并且該平面也可以是彎曲的。表述" 基本上"因此是指纖維的主取向的定向滿足盡可能低比例的纖維沿?zé)崽荻确较蛉∠?。主?向得自在纖維的長度內(nèi)平均的纖維的方向，其中較小方向變化忽略。在該意義內(nèi)的層狀排列一般在纖維網(wǎng)或無紡材料的制備中達(dá)到。在這些方法中， 將長絲或短纖維布置在平面中，隨后壓實(shí)。這可以例如通過使用空氣的干法(氣流鋪置) 或通過濕法進(jìn)行。優(yōu)選地，只有少數(shù)纖維具有垂直于這種平面定向的主取向。因此，一般不 通過明顯的針刺而壓實(shí)纖維組合體。通過粘結(jié)性纖維的軟化和隨后的冷卻獲得纖維組合體。與其有關(guān)的方法尤其描述于公司 Albany International Corp.，Albany, N. Y.(美國)的文獻(xiàn)US 4，588，635、US 4，681，789,US 4，992，327和US5，043，207中。溫度尤其取決于粘結(jié)性纖維的軟化溫度(玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔融溫度)。所有纖維通過可通過粘結(jié)性纖維的軟化獲得的接觸點(diǎn)彼此粘 結(jié)在此通常不是必要的。這種比例越高，纖維組合體具有的機(jī)械性能越好。然而，纖維組合 體的導(dǎo)熱率可以提高。在這方面可以提及的是，纖維組合體中的纖維還可以具有不通過粘 結(jié)性纖維的軟化獲得的接觸點(diǎn)。它們尤其包括高性能塑料纖維接觸所在的點(diǎn)。在層狀排列的平面內(nèi)，纖維優(yōu)選可以具有主取向，在這種情況下，各個(gè)平面的纖 維的主取向更優(yōu)選彼此形成角度。表述"纖維的主取向"源于個(gè)體纖維在其總長度內(nèi) 的平均取向。各個(gè)平面的取向纖維相互之間可以具有的角度優(yōu)選在5° -175°，更優(yōu)選 60° -120°的范圍內(nèi)。纖維的主取向以及各個(gè)平面的纖維相互之間的角度可以經(jīng)由光學(xué)法 測(cè)定。通常，這些值由制備得到，其中纖維的取向例如可以通過梳理預(yù)定。低密度通常與纖維組合體的尤其低的導(dǎo)熱率有關(guān)。另一方面，纖維組合體的負(fù)載 能力由于低密度而降低，以致由此穩(wěn)定性可能通常變得太低而不能為引導(dǎo)低溫能量載體的 管線提供足夠的支撐。因此，令人意外的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體(其例如設(shè)計(jì)用 于絕緣材料中)優(yōu)選具有50-300kg/m3，更優(yōu)選100-150kg/m3的密度，其中這些值是在由加 工和結(jié)合入絕緣材料所規(guī)定的載荷下測(cè)量的。與這些密度值適用的纖維的主取向的平面成 橫向的這種載荷例如在1毫巴-1000毫巴的范圍內(nèi)，其中這些密度值可例如在1毫巴，10毫 巴，50毫巴，100毫巴，200毫巴，400毫巴，600毫巴，800毫巴或1000毫巴的載荷下測(cè)量。在無載荷的狀態(tài)下，尤其在加工之前，纖維組合體可以優(yōu)選具有l(wèi)_30kg/m3，更優(yōu) 選5-20kg/m3的密度，在這種情況下，可以在未加工纖維組合體的最大為5cm的厚度下測(cè)量 這種密度。根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體在與層狀排列的平面垂直測(cè)量時(shí)的平均導(dǎo)熱率優(yōu)選是 至多10. OX IO-3W(mK)—1，更優(yōu)選至多5. OmW(mK)―1，甚至更優(yōu)選至多1. OX lOKmK)—1。這種 測(cè)量可以例如在室溫(293K)下和/或在低溫，例如150K或77K下進(jìn)行，在這種情況下，材 料在這些條件下耐受載荷至少14天。優(yōu)選在低的絕對(duì)壓力下，例如在1毫巴或更低的壓力 下根據(jù)DIN EN 12667 (“根據(jù)采用用于具有高和中等的熱阻的物質(zhì)的板式儀和熱流計(jì)板式 儀的方法測(cè)定熱阻")進(jìn)行測(cè)試?？梢岳缭?.01毫巴的在待測(cè)量的纖維組合體內(nèi)的氣 壓下和在通過測(cè)量設(shè)備施加于與纖維的主取向的平面成橫向的待測(cè)量纖維組合體上的70 毫巴的負(fù)載壓力下進(jìn)行測(cè)定。上面所述的導(dǎo)熱率值可尤其通過如下方式實(shí)現(xiàn)垂直于層狀排列的纖維平面僅進(jìn) 行低的傳熱。因此，優(yōu)選省去明顯的針刺或使用大量液體粘結(jié)劑的壓實(shí)，所述針刺或壓實(shí)可 能導(dǎo)致垂直于該層狀纖維排列的熱或冷橋。然而，可以使用低的針刺或采用少量液體粘結(jié) 齊U，只要這些措施僅導(dǎo)致導(dǎo)熱率的低的增加。尤其優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體具有高穩(wěn)定性，其中該穩(wěn)定性也沿與纖 維的主取向的平面垂直的方向規(guī)定。例如，根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體在加工后和/或在絕 緣材料中當(dāng)載荷增加1毫巴時(shí)具有較低壓縮率，該壓縮率優(yōu)選至多50% ；即，當(dāng)載荷增加1 毫巴時(shí)，纖維組合體的厚度減小至多50%，優(yōu)選至多30%，更優(yōu)選至多10%，甚至更優(yōu)選至 多5%，基于經(jīng)加工的纖維組合體的原始厚度。根據(jù)本發(fā)明的纖維組合體尤其可以用作絕緣材料，優(yōu)選在真空絕緣系統(tǒng)中的絕緣材料。因此，包括上述纖維組合體的絕緣系統(tǒng)，尤其真空絕緣系統(tǒng)，同樣是本發(fā)明的主題。術(shù)語“真空絕緣系統(tǒng)”描述其絕緣性能通過真空而改進(jìn)的絕熱系統(tǒng)。真空在這方 面是指系統(tǒng)中存在的絕對(duì)壓力優(yōu)選小于或等于500毫巴，更優(yōu)選小于或等于50毫巴，甚至 更優(yōu)選小于或等于1毫巴。結(jié)果，系統(tǒng)的導(dǎo)熱率被極大地降低。真空絕緣系統(tǒng)尤其在DE-A-36 30 399, EP-A-O 949 444、US4, 924，679、DE-A-100 31 491、DE 692 02 950 T2、DE 195 11 383 Al、DE 196 41 647 Cl、DE 695 19 354 T2、 DE-A-20 13 983 禾口 WO 2005/043028 中進(jìn)行了描述。真空可以例如以機(jī)械方式，尤其是利用真空泵產(chǎn)生。優(yōu)選地，真空可以通過位于真 空系統(tǒng)中的流體，尤其是氣體的凝固或冷凝而形成。例如，尤其可以通過如下方式使流體凝 固或冷凝將流體冷卻。優(yōu)選的流體尤其包括氮?dú)?、氧氣、二氧化碳?或在1巴下沸點(diǎn)低 于o°c的易揮發(fā)性烴。易揮發(fā)性烴尤其包括甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷。優(yōu)選的真空絕緣系統(tǒng)尤其用于運(yùn)輸?shù)蜏亓黧w，尤其是液體?！暗蜏亓黧w"是指優(yōu) 選具有至多_40°C，更優(yōu)選至多-100°C，甚至更優(yōu)選-150°C或更低的溫度的冷流體。這些真 空絕緣系統(tǒng)包括在其中可以運(yùn)輸?shù)蜏亓黧w的至少一個(gè)管線或管線組合體。術(shù)語“管線組合體”在本發(fā)明范圍中是指包括至少兩個(gè)不同管線的系統(tǒng)。例如，管 線組合體可以包括能夠運(yùn)輸液體或氣體的至少兩個(gè)內(nèi)管線。此外，管線組合體還可以包括 至少一個(gè)運(yùn)輸液體和/或氣體的內(nèi)管線和至少一個(gè)數(shù)據(jù)和/或電流管線。尤其優(yōu)選的管線 組合體包括至少兩個(gè)用于運(yùn)輸材料的內(nèi)管線和至少一個(gè)數(shù)據(jù)和/或電流管線。一般而言，這些管線或管線組合體包括至少一個(gè)內(nèi)管線和外護(hù)套，其中低溫流體 被引導(dǎo)經(jīng)過內(nèi)管線，外護(hù)套使管線與環(huán)境隔絕，以致真空可以在內(nèi)管線和外護(hù)套之間形成。 因此，外護(hù)套尤其用來獲得絕緣效果。優(yōu)選地，管線或管線組合體具有圓整的，例如圓形或橢圓形的橫截面形狀，在這種 情況下，不但內(nèi)管線中至少之一而且外護(hù)套都可以具有圓整的，例如圓形或橢圓形的橫截 面形狀。本發(fā)明的一個(gè)特定的方面是，真空系統(tǒng)的管線組合體可以包括至少兩個(gè)內(nèi)管線， 其中一個(gè)內(nèi)管線被提供用于導(dǎo)出氣體和/或引導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移介質(zhì)。為了改進(jìn)絕緣性能，外護(hù)套可以被配有金屬層。這種金屬層可以例如通過金屬的 氣相沉積，經(jīng)由含金屬的漆或經(jīng)由金屬箔施加。這可以在外表面上，在內(nèi)表面上或同時(shí)在兩 面上進(jìn)行。在很多情況下，小的直徑足以傳輸足夠量的低溫流體。內(nèi)管線的內(nèi)徑因此優(yōu)選 小于或等于50mm，優(yōu)選小于或等于20mm，更優(yōu)選小于或等于10mm，甚至更優(yōu)選小于或等于 5mm ο通過材料的合適選擇可以將真空系統(tǒng)的管線或管線組合體設(shè)計(jì)為在室溫下可彎曲。更尤其是用來制備內(nèi)管線或外護(hù)套的材料是一般性已知的，其中它們尤其在上面所述 的公開文本中進(jìn)行了列舉。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的絕緣系統(tǒng)的管線或管線組合體可以具有 至多20m，更優(yōu)選至多10m，更優(yōu)選至多5m，甚至更優(yōu)選至多1. 5m的彎曲半徑。彎曲半徑得 自在不損壞管線或管線組合體的情況下可以達(dá)到的最大曲率。損壞是指系統(tǒng)不再滿足要 求。除了管線系統(tǒng)之外，根據(jù)本發(fā)明的絕緣系統(tǒng)，尤其真空絕緣系統(tǒng)，可以包括其它組件。它們尤其包括換熱器、泵、控制系統(tǒng)和導(dǎo)入或?qū)С龉芫€系統(tǒng)。控制系統(tǒng)尤其還可以包括 可以插入管線系統(tǒng)內(nèi)部的組件。因此，這些管線系統(tǒng)還可以包括能夠傳輸電信號(hào)的管線。
令人驚奇地，可以通過使用高性能塑料纖維作 為絕緣材料改進(jìn)真空絕緣系統(tǒng)的性 能。由此令人驚奇地成功實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)的高絕緣性能與簡(jiǎn)單和無故障的加工結(jié)合。
權(quán)利要求
包含高性能塑料纖維和粘結(jié)性纖維的纖維組合體，其中所述纖維組合體包含至少70重量％高性能塑料纖維和至多30重量％粘結(jié)性纖維，其特征在于所述纖維組合體具有纖維的層狀排列，其中至少一部分纖維通過可通過粘結(jié)性纖維的軟化獲得的接觸點(diǎn)彼此粘結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維具有至少200°C的 熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維包含聚酰亞胺纖 維、聚苯并咪唑纖維、芳族聚酰胺纖稚、聚醚酮纖維和/或聚苯硫醚纖維。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述粘結(jié)性纖維具有至多 180°C的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的纖維組合體，其特征在于所述粘結(jié)性纖維包含聚烯烴纖維、丙烯 酸系纖維、聚乙酸酯纖維、聚酯纖維和/或聚酰胺纖維。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維具有 1-50 μ m的直徑。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維具有 0. 05-10dtex的纖維線密度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述粘結(jié)性纖維具有 1-50 μ m的直徑。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述粘結(jié)性纖維具有 0. 05-10dtex的纖維線密度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述纖維組合體具有 50-300kg/m3 的密度。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述纖維在層狀排列的 平面內(nèi)具有主取向。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的纖維組合體，其特征在于各個(gè)平面的所述纖維的取向彼此之間 形成角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的纖維組合體，其特征在于各個(gè)平面的取向纖維彼此之間形成的 角度在5-175°的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維具 有非圓形的橫截面形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的纖維組合體，其特征在于所述高性能塑料纖維具有三葉形橫截 面形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的纖維組合體，其特征在于所述橫截面形狀具有凸出部分和 凹陷部分，并且所述凸出部分形成外半徑，所述凹陷部分形成內(nèi)半徑，其中外半徑與內(nèi)半徑 之比是至少1.2。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于與層狀排列的平面垂直 測(cè)量的平均導(dǎo)熱率是至多<formula>formula see original document page 2</formula>。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的纖維組合體，其特征在于所述高性能纖維具有拳曲ο
19.根據(jù)權(quán)利要求18的纖維組合體，其特征在于所述拳曲在3-10/cm的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中至少一項(xiàng)的纖維組合體作為絕緣材料的用途。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的用途，其特征在于所述纖維組合體用于真空絕緣系統(tǒng)中。
22.包含至少一種根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)的纖維組合體的絕緣系統(tǒng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣系統(tǒng)是真空絕緣系統(tǒng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于通過位于所述真空系統(tǒng) 中的流體的凝固或冷凝而形成真空。
25.根據(jù)權(quán)利要求22-24中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述流體包括氮?dú)?、?氣、二氧化碳和/或易揮發(fā)性烴。
26.根據(jù)權(quán)利要求22-25中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述真空絕緣系統(tǒng)包括 至少一個(gè)可以在其中運(yùn)輸?shù)蜏亓黧w的管線。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述管線包括至少一個(gè)內(nèi)管線和外護(hù) 套，其中所述低溫流體被引導(dǎo)經(jīng)過所述內(nèi)管線，并且所述外護(hù)套使該管線與環(huán)境隔離，以致 可以在所述內(nèi)管線和外護(hù)套之間形成真空。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述管線是管線組合體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述管線組合體包括至少兩個(gè)內(nèi)管線， 其中一個(gè)內(nèi)管線被提供用于導(dǎo)出氣體和/或引導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移介質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述管線組合體包括至少一個(gè)數(shù)據(jù) 和/或電流管線。
31.根據(jù)權(quán)利要求27-30中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述外護(hù)套配有金屬層。
32.根據(jù)權(quán)利要求27-31中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)管線的內(nèi)徑小于 或等于50mm。
33.根據(jù)權(quán)利要求27-32中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述管線在室溫下是可 彎曲的。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述彎曲半徑是至多20m。
35.根據(jù)權(quán)利要求22-34中至少一項(xiàng)的絕緣系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣系統(tǒng)包括至少 一個(gè)換熱器。
36.高性能塑料纖維作為真空絕緣系統(tǒng)中的絕緣材料的用途。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的用途，其特征在于所述高性能塑料纖維包含聚酰亞胺纖維、聚 苯并咪唑纖維、芳族聚酰胺纖稚、聚醚酮纖維和/或聚苯硫醚纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含高性能塑料纖維和粘結(jié)性纖維的纖維組合體，其中所述纖維組合體包含至少70重量％高性能塑料纖維和至多30重量％粘結(jié)性纖維，所述纖維組合體具有纖維的層狀排列并且至少一部分纖維通過可通過粘結(jié)性纖維的軟化獲得的接觸點(diǎn)彼此粘結(jié)。本發(fā)明進(jìn)一步描述包含本發(fā)明纖維組合體的絕緣系統(tǒng)。
文檔編號(hào)D04H3/009GK101821440SQ200880111471
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者G·馬克夫茲, H·格雷瑟, H-P·艾伯特, J·沃克特爾, M·吉斯勒, R·舒特, T·舒爾茨 申請(qǐng)人:贏創(chuàng)德固賽有限公司