DE1635561B2 - THERMAL INSULATING COMPOSITE MATERIAL - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisolierendes Verbundmaterial mit einer mindestens einseitig metallisierten Kunststoffolie und einer Faserschicht, deren eine Seite mit der metallisierten Seite der Kunststoffolie verbunden ist. Ein solches flächiges Verbundmaterial in Form einer Schutzhülle gegen Hitzeeinwirkung ist aus der DT-GM 17 72 436 bekannt. Derartige Schutzhüllen sollen durch gute Wärmereflexion der Metallschicht wirken. Die Faserschicht kann aus einem Vlies oder Gewebe bestehen. Die Dichtigkeit gegen einzelne bestimmte flüssige oder gasförmige Chemikalien kann durch eine oder mehrere zusätzliche Folienschichten verbessert werden.The present invention relates to a thermally insulating composite material with at least one side metallized plastic film and a fiber layer, one side of which with the metallized side of the Plastic film is connected. Such a flat composite material in the form of a protective cover against The effect of heat is known from DT-GM 17 72 436. Such protective covers should work through good heat reflection of the metal layer. The fiber layer can consist of a fleece or fabric. The tightness against individual certain liquid or gaseous Chemicals can be improved by adding one or more additional layers of film.

Das oben erwähnte bekannte Verbundmaterial ist zum Schutz gegen Hitzeeinwirkung, also in erster Linie relativ kurzwellige Wärmestrahlung bestimmt. Es eignet sich jedoch in der angegebenen Form nicht besonders gut zur Wärmeisolation, worunter hier insbesondere der Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste und ähnliche Aufgaben verstanden werden soll, da hier ganz andere Verhältnisse vorliegen. Das Strahlungsmaximum entsprechend der normalen Temperatur des menschlichen Körpers liegt nämlich im langwelligen Infrarot und beim Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste spielt die Wärmeleitung eine viel ausschlaggebendere Rolle als beim Schutz gegen Hitzeeinwirkung.The above-mentioned known composite material is for protection against the effects of heat, so primarily relatively short-wave heat radiation determined. However, it is not particularly suitable in the form indicated good for thermal insulation, including in particular the protection of the human body against heat loss and similar tasks should be understood, since the situation here is completely different. The radiation maximum namely, corresponding to the normal temperature of the human body is in the long-wave Infrared and in protecting the human body against heat loss, heat conduction plays a major role more decisive role than protection against the effects of heat.

Der vorliegenden Erfindung liegt also, ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein wärmeisolierendes Verbundmaterial anzugeben, das sich insbesondere für den Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste eignet.The present invention is therefore based on the above-mentioned prior art, the task based on specifying a thermally insulating composite material that is particularly useful for protecting the human body against heat loss.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Faserschicht aus einer Lage eines offenen, lockeren Netzwerkes gerader, im wesentlichen nicht dehnbarer Fäden besteht, deren gegenseitige Abstände wesentlich größer sind als ihr Durchmesser, daß die andere Seite des Netzwerkes mit einer zweiten metallisierten Kunststoffolie verbunden ist und daß mindestens eine der Kunststoffolien eine über 80% betragende Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä aufweist.This object is achieved according to the invention in that the fiber layer consists of a layer of a open, loose network of straight, essentially inextensible threads, their mutual Distances are much larger than their diameter that the other side of the network with a second metallized plastic film is connected and that at least one of the plastic films has a more than 80% The amount of permeability for infrared radiation in the wavelength range between 80,000 and 90,000 Å having.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die metallisierten Seiten der Kunststoffolien durch ein zwischen ihnen aufgeschäumtes Polyurethan mit den Fäden verklebt.According to a development of the invention, the metallized sides of the plastic films are through a between them foamed polyurethane glued to the threads.

Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung, für die Schutz nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 begehrt wird, bestehen die Kunststoffolien aus Polyäthylen oder Polypropylen bzw. weisen die Kunststoffolien eine vom Fadenverlauf des Netzwerkes unabhängige Noppung auf.According to embodiments of the invention, for the protection only in connection with the subject matter of Claim 1 is desired, the plastic films are made of polyethylene or polypropylene or the plastic films have a nub that is independent of the thread path of the network.

Das wärmeisolierende Verbundmaterial gemäß der Erfindung ist dünn und leicht, trotzdem weist es ein ausgezeichnetes Wärmeisolationsvermögen auf. Es hat nämlich sowohl eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, da das lockere Netzwerk nur verhältnismäßig wenig Wärmebrücken zwischen den sonst durch eine isolierende Luftschicht getrennten Kunststoffolien bildet und die vom Körper emittierte langwellige Infrarotstrahlung wird infolge der Durchlässigkeit der Kunststoffolien von diesen relativ wenig absorbiert, sondern zum größten Teil wieder zum Körper reflektiert.The heat-insulating composite material according to the invention is thin and light, yet it has a weight excellent thermal insulation properties. It has a very low thermal conductivity, since the loose network only relatively few thermal bridges between the otherwise insulating A layer of air separates plastic films and forms the long-wave infrared radiation emitted by the body is relatively little absorbed by these due to the permeability of the plastic films, but rather for mostly reflected back to the body.

Das offene, lockere Netzwerk gewährleistet trotz seiner geringen Wärmeleitfähigkeit einen ausgezeichneten Schutz der Kunststoffolien gegen übermäßige Dehnung, durch die die infrarotreflektierenden Metallschichten beschädigt werden könnten, da es aus im wesentlichen geraden, nicht dehnbaren Fäden besteht.The open, loose network ensures an excellent, despite its low thermal conductivity Protection of the plastic film against excessive stretching through which the infrared reflecting metal layers could be damaged because it consists of essentially straight, inextensible threads.

Folien mit einer 80%igen Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä sind bekannt bzw. können vom Fachmann durch einfache Messungen aus den bekannten Folien ermittelt werden.Films with an 80% permeability for infrared radiation in the wavelength range between 80,000 and 90,000 Å are known or can be determined by the person skilled in the art by simple measurements from the known Slides are determined.

Das wärmeisolierende Verbundmaterial gemäß der Erfindung eignet sich wegen seines geringen Gewichts, seiner kleinen Dicke, den niedrigen Kosten einerseits und seiner Dauerhaftigkeit, Festigkeit und zweckmäßiger Textur andererseits insbesondere für leichte Bekleidungsstücke, Schutzkleidung für Sportler, Schutzdecken und ähnliche Anwendungen.The heat insulating composite material according to the invention is suitable because of its low weight, its small thickness, low cost on the one hand, and its durability, strength and more convenient Texture on the other hand, especially for light clothing, protective clothing for athletes, protective blankets and similar applications.

Die das Netzwerk bildenden Fäden sind praktisch nicht dehnbar, im wesentlichen gerade und in verschiedenen Richtungen verlaufend so angeordnet, daß sie etwaige auf das Verbundmaterial ausgeübte Zugkärfte sofort aufnehmen und dadurch eine Dehnung des Materials sowie eine hierdurch mögliche Beschädigung der Metallisierung der Kunststoffolien verhindern. Besonders geeignete Fäden sind Glasfäden.The threads forming the network are practically inextensible, essentially straight and in various ways Directions are arranged to extend that any tensile forces exerted on the composite material Immediately pick up and thereby stretch the material as well as possible damage prevent the metallization of the plastic films. Glass threads are particularly suitable threads.

Jeder Faden kann aus einem Bündel monofiler Einzelfäden bestehen und dient dazu, erstens die Kunststoffolien im Abstand voneinander zu halten und einen isolierenden Luftzwischenraum zu bilden, zweitens möglichst lange Wärmeleitungswege von der einen Kunststoffolie durch den Faden zur anderen Kunststofffolie zu gewährleisten und drittens die verhältnismäßig schlaffen Kunststoffolien zu versteifen. Den Außenflächen der Kunststoffolien kann durch ein örtliches Anschmiegen der Kunststoffolien an die mit ihnenEach thread can consist of a bundle of monofilament individual threads and is used firstly to Second, to keep plastic foils at a distance from one another and to form an insulating air gap The longest possible heat conduction paths from one plastic film through the thread to the other plastic film to ensure and thirdly to stiffen the relatively slack plastic films. The outer surfaces the plastic films can be made by a local clinging of the plastic films to the with them

verklebten Fadenbündel eine gewisse Textur gegeben werden, die dem Verbundmaterial einen angenehmen Griff verleiht.glued bundles of threads are given a certain texture, which gives the composite material a pleasant look Gives grip.

Bei der Herstellung eines Materials gemäß der Erfindung kann ein dünnes Netzwerk mit Klebstoff überzogen werden und die metallisierten Oberflächen der Kunststoff-Filme werden dann unter mäßigem Druck, z. B. mittels Formwalzen, gegen die entgegengesetzten Seiten des Netzwerks gedrückt. Es wird nur soviel Kleber verwendet, daß das Netzwerk beim Anpressen gerade an den Metallflächen haftet. Da also kein überschüssiger Kleber vorhanden ist, der von den Fäden abgequetscht werden kann, bleiben die übrigen Teile der Metallschichten in den Bereichen zwischen den Fadenbündeln getrennt, haften also dort nicht aneinander, sondern bilden isolierende Luftzellen. Die Luftzellen können zur Verbesserung der Isolation vergrößert werden, indem man eine oder beide Folien nach dem Aufbringen der Metallschicht mit Eindrückungen versieht, z. B. mittels einer Prägewalze.In the manufacture of a material according to the invention, a thin network with adhesive are coated and the metallized surfaces of the plastic films are then under moderate Pressure, e.g. B. by means of forming rollers, pressed against the opposite sides of the network. It will only so much glue is used that the network just adheres to the metal surfaces when pressed. So there If there is no excess glue to be squeezed off by the threads, the remainder remain Parts of the metal layers are separated in the areas between the thread bundles, so they do not adhere there but form insulating air cells. The air cells can help improve insulation can be enlarged by having one or both foils after applying the metal layer with indentations provides, e.g. B. by means of an embossing roller.

Für die Zwecke der Erfindung sind Polyäthylenfolien, die im Vakuum mit Aluminium bedampft worden sind, gut geeignet. Eine solche Kunststoff-Folie hat, wie gewünscht, im fernen Infrarot, also im W.ellenlängenbereich zwischen etwa 8 und 9 μίτι, was dem Strahlungsmaximum bei der Temperatur des menschlichen Körpers entspricht, eine Durchlässigkeit, die 80% übersteigt, wobei gleichzeitig das Reflexionsvermögen der Kunststoff/Metall-Grenzfläche sowie der anderen Metalloberfläche für die von der Kunststoff-Folie durchgelassene Infrarotstrahlung sehr hoch ist.For the purposes of the invention, polyethylene films which have been vapor-deposited with aluminum in a vacuum are well suited. As desired, such a plastic film is in the far infrared, i.e. in the wavelength range between about 8 and 9 μίτι, which is the radiation maximum at the temperature of the human body, a permeability that is 80% exceeds, at the same time the reflectivity of the plastic / metal interface as well as the other Metal surface for the infrared radiation let through by the plastic film is very high.

Beispiel 1example 1

Als Außenschichten wurden zwei 25 μηι dicke Polyäthylenfolien mit einer hochreflektierenden, im Vakuum aufgedampften Aluminiumschicht verwendet. Die Aluminiumschichten sind für sichtbares Licht praktisch undurchlässig. Ein Netzwerk aus Glasfäden fand Verwendung, deren einzelne Fäden aus einem Bündel von Elementarfäden bestanden und jeweils einen Durchmesser von etwa 65 μηι aufwiesen. Die Fäden bildeten ein etwa rechteckiges Muster. Anschließend wurde ein geeignetes Polyurethanvorpolymerisat zwischen den Schichten verteilt und in bekannter Weise geschäumt (s. z. B. US-PS 31 72 072). Die Polyurethanschicht war ungefähr 3,2 mm dick. Das Produkt hatte an beiden Seiten eine Absorptionszahl unter 0,2 und eine scheinbare Wärmeleitfähigkeit K von 13,5 kcal/h/m²/ °C/m, die auf eine noch zu beschreibende Weise gemessen wurde.The outer layers used were two 25 μm thick polyethylene films with a highly reflective aluminum layer vapor-deposited in a vacuum. The aluminum layers are practically impermeable to visible light. A network of glass threads was used, the individual threads of which consisted of a bundle of filaments and each had a diameter of about 65 μm. The threads formed a roughly rectangular pattern. A suitable polyurethane prepolymer was then distributed between the layers and foamed in a known manner (see, for example, US Pat. No. 3,172,072). The polyurethane layer was approximately 3.2 mm thick. The product had an absorption number below 0.2 on both sides and an apparent thermal conductivity K of 13.5 kcal / h / m ² / ° C / m, which was measured in a manner to be described.

Beispiel 2Example 2

Das Material dieses Beispiels entspricht dem des Beispiels 1 mit der Ausnahme, daß kein Polyurethanschaum verwendet wurde und die Glasfäden stattdessen mittels einer dünnen Kleberschicht, die vor der Bildung der Schichtstruktur auf das Netzwerk aus Glasfäden aufgebracht worden war, mit den beiden Metallschichten verklebt wurde. Die beiden Folien wurden dabei nur mit dem Netzwerk, nicht jedoch miteinander verklebt. Das Netzwerk bildete daher Lufteinschlüsse zwischen den beiden Metallschichten. Dieses Material hatte eine scheinbare Wärmeleitfähigkeit K von 9,6 kcal/h/m²/ °C/m.The material of this example corresponds to that of example 1 with the exception that no polyurethane foam was used and the glass threads were instead glued to the two metal layers by means of a thin adhesive layer which had been applied to the network of glass threads before the layer structure was formed. The two foils were only glued to the network, but not to one another. The network therefore formed air pockets between the two metal layers. This material had an apparent thermal conductivity K of 9.6 kcal / h / m ² / ° C / m.

Bei dem obigen Beispiel enthielt das Netzwerk etwa 2,4 Fäden pro cm und der Durchmesser der Fäden betrug etwa 38 μίτι. Dieses Material läßt sich gut nähen und zu Bekleidungsstücken verarbeiten, seine Reißfestigkeit ist außergewöhnlich hoch.In the example above, the network contained about 2.4 threads per cm and the diameter of the threads was about 38 μίτι. This material is easy to sew and process it into clothing, its tear resistance is exceptionally high.

Das Material dieses Beispiels wird vorzugsweise während der Vereinigung der metallisierten Folien mit dem Netzwerk geprägt oder genoppt. Hierdurch wird der Griff, d.h. die Oberflächenbeschaffenheit des Verbundmaterials verbessert, ohne daß dabei die ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit oder Festigkeit leiden.The material of this example is preferably used during the union of the metallized foils with embossed or dimpled on the network. This improves the grip, i.e. the surface quality of the Composite material is improved without sacrificing excellent heat insulation property or strength To suffer.

Beispiel 3Example 3

Das Material dieses Beispiels entspricht dem des Beispiels 2 mit der Ausnahme, daß als Kunststoff-Folie eine etwa 6,3 μΐη dicke Polyesterfolie (Polyäthylenterephthalat) verwendet wurde. Die Infrarotdurchlässigkeit von Polyester ist nicht so gut wie die von Polyäthylen. Die metallisierte Oberfläche der Folie hat jedoch ungefähr dasselbe Reflexionsvermögen und dieselbe Absorptionszahl wie die Metallisierung der Polyäthylenfolie. Die scheinbare Wärmeleitfähigkeit K dieses Produktes betrug etwa 19 kcal/h/m²/⁰ C/m.The material of this example corresponds to that of example 2 with the exception that a polyester film (polyethylene terephthalate) approximately 6.3 μm thick was used as the plastic film. The infrared transmission of polyester is not as good as that of polyethylene. However, the metallized surface of the foil has approximately the same reflectivity and the same absorption number as the metallization of the polyethylene foil. The apparent thermal conductivity K of this product was about 19 kcal / h / m ^2/0 C / m.

Die bei den obigen Beispielen angegebene scheinbare Wärmeleitfähigkeit K wurde mittels eines einfachen Kalorimetertestes ermittelt, bei dem ein Teil des menschlichen Körpers, z. B. eine Hand, nachgebildet und die Wärmeisolierfähigkeit eines Produktes gegenüber einer kalten Umgebung gemessen wird. Als Wärmespeicher diente ein Aluminiumblock mit den Abmessungen 153 χ 83,3 χ 19 mm. In diesem Block befindet sich ein elektrisches Heizelement. Die Oberfläche des Blockes ist mit schwarzem Filz überzogen, um die Absorptionszahl des menschlichen Körpers nachzubilden, die e|wa 0,95 beträgt. Die Temperatur der Filzoberfläche wird mittels eines Thermoelementes gemessen. Aus dem zu prüfenden Material wird eine um den Block passende und diesen einschließende Hülle hergestellt. Der mit der Hülle umgebene Aluminiumblock wird dann in einem Kühlschrank mittels dünner Glasfäden aufgehängt, um eine Wärmeableitung zu den Wänden des Kühlschrankes zu verhindern. Das Innere des Kühlschrankes wird auf einer konstanten, bekannten Temperatur gehalten. .-.,...■,. The apparent thermal conductivity K given in the above examples was determined by means of a simple calorimeter test in which a part of the human body, e.g. B. a hand, simulated and the thermal insulation capacity of a product against a cold environment is measured. An aluminum block with the dimensions 153 χ 83.3 χ 19 mm served as heat storage. There is an electrical heating element in this block. The surface of the block is covered with black felt in order to simulate the absorption number of the human body, which is e | wa 0.95. The temperature of the felt surface is measured by means of a thermocouple. A casing that fits around the block and encloses it is made from the material to be tested. The aluminum block surrounded by the cover is then hung in a refrigerator by means of thin glass threads in order to prevent heat dissipation to the walls of the refrigerator. The inside of the refrigerator is kept at a constant, known temperature. .-., ... ■ ,.

Bei der Messung wird die Temperatur im Kühlschrank und die Temperatur der Oberfläche der Wärmequelle gemessen. Die Heizung wird so eingestellt, daß die Oberflächentemperatur entsprechend der Temperatur des menschlichen Körpers etwa 37° C beträgt. Man mißt die elektrische Leistung, die erforderlich ist, um den Wärmespeicher auf dieser Temperatur zu halten. Aus dem bekannten Wärmegradienten zwischen dem Aluminiumblock und der Atmosphäre im Kühlschrank, der Oberfläche des Aluminiumblockes und der zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Aluminiumblockes erforderlichen elektrischen Leistung lassen sich sowohl die scheinbare Wärmeleitzahl K für das Isoliermaterial messen als auch verschiedene Materialien unter gleichen Bedingungen vergleichen. Die Wärmeleitzahl ist eine Funktion der Dicke des Materials, aus dem die Hülle besteht, und wird in kcal pro Stunde pro m² pro ° C pro m gemessen.During the measurement, the temperature in the refrigerator and the temperature of the surface of the heat source are measured. The heating is set so that the surface temperature is about 37 ° C, corresponding to the temperature of the human body. The electrical power required to keep the heat accumulator at this temperature is measured. From the known thermal gradient between the aluminum block and the atmosphere in the refrigerator, the surface of the aluminum block and the electrical power required to maintain the temperature of the aluminum block, both the apparent coefficient of thermal conductivity K for the insulating material can be measured and different materials can be compared under the same conditions. The coefficient of thermal conductivity is a function of the thickness of the material the shell is made of and is measured in kcal per hour per m ² per ° C per m.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Statt Polyäthylenfolien können bei den Beispielen 1 und 2 auch beispielsweise Polypropylenfolien verwendet werden. Eine oder beide Kunststoff-Folien können beidseits metallisiert sein. Die Oberfläche kann gefärbt werden, solange die verwendeten Farbstoffe eine gute Durchlässigkeit im fernen Infrarot haben.The embodiments described above can be modified in various ways, without the To exceed the scope of the invention. Instead of polyethylene sheeting can also be used in Examples 1 and 2 for example, polypropylene films can be used. One or both plastic films can be used on both sides be metallized. The surface can be colored as long as the dyes used have good permeability have in the far infrared.

Außer den beschriebenen, nicht gewebten Netzwerken können auch andere Arten von Netzwerken verwendet werden, die aus geraden Fäden bestehen, die in drei oder mehr Richtungen ausgerichtet sind und beispielsweise Winkel von 120° miteinander bilden. Statt Glasfasern können auch andere Werkstoffe verwendet werden, z. B. Fasern aus Polyamid.In addition to the non-woven networks described, other types of networks can also be used which consist of straight threads oriented in three or more directions and for example, form an angle of 120 ° with one another. Instead of glass fibers, other materials can also be used be used, e.g. B. Polyamide fibers.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmeisolierendes Verbundmaterial mit einer mindestens einseitig metallisierten Kunststoffolie und einer Faserschicht, deren eine Seite mit der metallisierten Seite der Kunststoffolie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht aus ejner Lage eines offenen, lockeren Netzwerkes gerader, im wesentlichen nicht dehnbarer Fäden besteht, deren gegenseitige Abstände wesentlich größer sind als ihr Durchmesser, daß die andere Seite des Netzwerks mit einer zweiten metallisierten Kunststoffolie verbunden ist, und daß mindestens eine der Kunststoffolien eine über 80% betragende Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä aufweist.1. Heat-insulating composite material with a plastic film metallized on at least one side and a fiber layer, one side of which is connected to the metallized side of the plastic film, characterized in that the fiber layer consists of an open, loose layer Network of straight, essentially inextensible threads, their mutual spacing are much larger than their diameter that the other side of the network with a second metallized plastic film is connected, and that at least one of the plastic films has a more than 80% The amount of permeability for infrared radiation in the wavelength range between 80,000 and 90,000 Å having. 2. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Seiten der Kunststoffolien durch ein zwischen ihnen aufgeschäumtes Polyurethan mit den Fäden verklebt sind.2. Thermally insulating composite material according to claim 1, characterized in that the metallized Sides of the plastic films by a polyurethane foamed between them with the Threads are glued. 3. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien aus Polyäthylen oder Polypropylen bestehen.3. Heat insulating composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the Plastic films are made of polyethylene or polypropylene. 4. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien eine vom Fadenverlauf des Netzwerks unabhängige Noppung aufweisen.4. Thermally insulating composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the plastic films have a nub that is independent of the thread course of the network exhibit.