DE2843974C3 - Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen mehrlagigen Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung mit einem nicht
entflammbaren Textilgewebe als Außenschicht, an das sich eine Mineralfaserschicht anschließt und einer
luftdurchlässigen, wärmedämmenden Innenschicht, die ggf. an der freien Oberfläche durch eine textile
Deckschicht abgedeckt ist, wobei die Innenschicht eine Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff ist deren
Poren mit Aktivkohlepartikeln besetzt sind, nach Patent 28 29 599.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundwerkstoffes.
Der Gegenstand des genannten Patentes löst die Aufgabe, den durch die DE-OS 25 53 78! bekannten
Verbundwerkstoff dahingehend weiterzubilden, daß er einerseits geeignet ist, extrem hohe, kurzzeitige
Wärmebelastungen abzuschirmen, andererseits aber luftdurchlässig ist. Hierbei wird durch den eingangs
genannten Werkstoff des Patents 28 29 599 durch das Einlagern von Aktivkohle in die Poren einer Schicht aus
luftdurchlässigem Schaumstoff verhindert, daß zusammen mit der Luft auch chemische Schadstoffe durch den
Verbundwerkstoff hindurchdringen und den Körper des Trägers einer Schutzbekleidung schädigen können,
welche aus dem Verbundwerkstoff angefertigt ist.
Der Verbundwerkstoff hat vielfältige Einsatzbereiche: z. B. im militärischen Einsatz dort, wo mit einer
Kernexplosion gerechnet wird, oder im zivilen Bereich beispielsweise für Brandschutzkleidung.
Wird der Verbundwerkstoff von Regen- oder Spritzwasser beaufschlagt wie dies etwa der Fall ist,
wenn der Träger eines Schutzanzuges aus dem Verbundwerkstoff sich im Regen oder bei Löscharbeiten
im Lösch-Spritzwasser aufhält, dann sickert das Wasser durch Textilgewebe und Mineralfaserschicht
und gelangt in die luftdurchlässige Schaumstoffschicht, die auf der Innenseite des Verbundwerkstoffes angeordnet
ist. Durch die Saugwirkung des Schaumstoffs kann Wasser zur Innenseite des Verbundwerkstoffes gelangen.
welches zwar durch die Wirkung der Aktivkohlepartikel von chemischen Schadstoffen gereinigt wird,
aber dennoch geeignet ist, Wohlbefinden und Einsatzfähigkeit des Trägers einer derartigen Schutzbekleidung
wesentlich zu beeinträchtigen.
Der eingangs genannte Verbundwerkstoff soll daher unter Beibehaltung seiner zur Lösung der obengenannten
Aufgabe führenden Merkmale und Eigenschaften noch dahingehend weitergebildet werden, daß er
gegenüber Flüssigkeiten und insbesondere Wasser selbst über einen längeren Zeitraum hinweg möglichst
undurchlässig wird, ohne daß zumindest in trockenem Zustand seine Luftdurchlässigkeit wesentlich beeinträchtigt
wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
verbesserten Verbundwerkstoffs zu finden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird der eingangs genannte Verbundwerkstoff dahingehend weitergebildet,
daß zwischen Textilgewebe und Mineralfaser-
schicht eine luftdurchlässige, poröse Wassersperrschicht
angeordnet ist Diese Merkmale sind bereits, für sich allein betrachtet, durch die oben genannte DE-OS
25 53 781 bekannt, ohne daß jedoch dieser Druckschrift die Gesamtheit der Merkmale des eingangs genannten
Verbundwerkstoffs entnommen werden könnte.
Da die Wassersperrschicht sandwichartig zwischen Baumwollgewebe und Mineralfaserschicht eingeschlossen
ist, die beide derart ausgebildet sein können, daß sie nur einen sehr geringen Dehnungskoeffizienten aufweisen,
ist es möglich, als Wassersperrschicht eine außerordentlich dünne Folie aus Polyäthylen niederer
Dichte zu verwenden, dessen Permeationskoeffizient für Luft verhältnismäßig hoch ist, das aber für Wasser
praktisch undurchlässig ist Es ist auch möglich, ein feinmaschiges Gitter oder Netz aus einem durch Wasser
oder durch solche Flüssigkeiten nicht benetzbarem Material vorzusehen, gegenüber denen sich der
erfindungsgemäße Verbundwerkstoff abstoßend verhalten soll. Es ist allerdings darauf zu ach'.en, daß als
Wassersperrschicht ein Material gewählt wird, das möglichst nicht entflammbar ist sondern ohne offene
Flammenentwicklung bei großer Hitzeeinwirkung verascht Sollte eine Wassersperrfolie verwendet werden,
deren Material entflammbar ist, dann ist die Folie so dünn zu halten, daß sie nach kurzem, einmaligem
Aufflammen bereits abgebrannt ist. Ferner ist bei Verwendung thermoplastischer Stoffe darauf zu achten,
daß die Masse der Wassersperrschicht hinlänglich klein gehalten wird, damit nicht etwa thermoplastisches
Material bei Wärmeeinwirkung schmilzt, in die Mineralwolleschicht eindringt und diese derart verklebt, daß die
luftundurchlässig wird. Es muß auch verhindert werden, daß ein verflüssigter bzw. geschmolzener Stoff beim
Einsickern durch Poren der Mineralwolle eine größere Wärmemenge in die darunterliegende innere Schaumstoffschicht
einbringt.
Verwendet man eine wasserdichte Folie oder ein dünnes, wasserabweisendes Netz bzw. Gitter, durch das
wegen der geringen Abmessungen seiner Poren keine Wassertröpfchen eindringen können, dann muß damit
gerechnet werden, daß durch eine bereits geringe Beschädigung, wie etwa Nahtstellen, feine Dauerbruchstellen,
oder durch Nadelstiche oder dergl. beschädigte Stellen ständig Wasser eindringt Um die zu verhindern,
wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Wassersperrschicht als zusätzliche,
wasserbeständige Schicht aus offenporigem Schaumstoff ausgebildft ist; ist diese Schaumstoffschicht
verhältnismäßig dünn, verglichen mit der Textilgewebeschicht und/oder der Mineralfaserschicht, die jeweils
eine Trägerschicht bilden, dann stützt diese Trägerschicht die Schaumstoffschicht hinlänglich, um zu
verhindern, daß bei den während des Gebrauchs des Verbundwerkstoffes eintretenden Biegungen, Knickungen
und dergl., die Schaumstoffschicht zwischenzeitlich derart zusammengedrückt wird, daß sie infolge der sich
ergebenden Pumpwirkung Wasser zur Innenseite des Verbundwerkstoffes hindurchdrückt Im übrigen muß
auch aus den bereits oben erläuterten Gründen zum Verhindern des Zusetzens der Mineralstoffschicht durch
geschmolzenen Schaumstoff dafür Sorge getragen werden, daß die zusätzliche Schaumstoffschicht nicht zu
dick ist Verwendet man für den Schaumstoff ein Material, das von der Flüssigkeit nicht benetzt werden
kann, gegenüber der der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff abstoßend wirken soll, und bildet man den
Schaumstoff derart aus, daß zwar dessen Großporen
groß genug sind, um sich ansammelnde Flüssigkeitströpfchen aufzunehmen, dessen KJeinporen aber, die die
Großporen untereinander verbinden, so klein sind, daß sie wegen der wechselseitigen Grenzflächenwirkung
zwischen Schaumstoffmaterial und Flüssigkeit diese nicht mehr in tieferliegende Großporen eindringen
lassen, dann bildet sich innerhalb des Schaumstoffes bei Benetzung eine geschlossene, flüssigkeitsgetränkte
Schicht, die wegen der »Oberfüllung« des Oberflächenbereiches des Schaumstoffes wasserabweisen wirkt und
daher selbst bei langdauernder Beaufschlagung verhindert, daß Flüssigkeit in tieferliegende Schichten des
erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes eindringen kann. Zwar ist in diesem Zustand die Luftdurchlässigkeit
des Verbundwerkstoffes ebenfalls beeinträchtigt da nur in die Außenoberfläche der zusätzlichen, wassersperrenifen
Schaumstoffschicht einmündende Kleinporen, die nicht durch Wassertröpfchen ausgefüllt werden
können, zur Gas- und Luftleitung dienen. Wird jedoch die Wasserbeaufschlagung eingestellt, dann trocknet
der schmale Oberflächenbereich der Schaumstoffschicht, der unmittelbar unter dem Textilgewebe liegt
rasch aus und stellt die volle Atmungsfähigkeit des Verbundmaterials wieder her.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zusätzliche Schaumstoffschicht als wabenartiges Gitter
aus unregelmäßig verteilten Zellen gebildet; da die Zellen eines wabenartigen Gitters aneinandergrenzen,
ergibt sich eine unregelmäßige Verteilung der Zellen unterschiedlicher Größe, von denen aufgrund der
gewählten Zellengrößenordnungen und des für den Schaumstoff verwendeten Materials die größeren
Wassertröpfchen aufnehmen und eine zuverlässige Flüssigkeitssperre herstellen, während die kleineren
selbst bei Benetzung ein weiteres Belüften des Werkstoffes sicherstellen. Im übrigen sind bei einem
wabenartigen Gitter allenfalls wenige Zellenlagen übereinanderliegend angeordnet, wobei es sich vorzugsweise
nur um ein oder zwei Zellenlagen handelt, so daß die Schaumstoffschicht außerordentlich dünn ist und
deshalb nicht schwammartig Flüssigkeit in das Innere des Verbundmaterials pumpen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im wesentlichen alle an das Textilgewebe
angrenzenden Poren zu diesem hin offen, um bei Flüssigkeitsbeaufschlagung eine möglichst geschlossene
Benetzungsschicht im Oberflächenbereich der zusätzlichen Schaumstoffschicht zu erhalten, so daß hierdurch
dessen nahezu absolute Flüssigkeitsdichte sichergestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Wände der an das Textilgewebe angrenzenden
Poren an dessen Fasern angeheftet, so daß die Wände der zur Außenseite des Verbundwerkstoffes hin offenen
Poren durch das Textilgewebe gestützt werden und deshalb nicht in einer Richtung parallel zum Flächenverlauf
des Verbundwerkstoffes zusammengedrückt werden können. Es wird somit noch weiter verhindert, daß
bei Biegen, Knicken und ähnlichen Beanspruchungen des Verbundwerkstoffes die flüssigkeitsgefüllten Poren
der benetzten Schicht derart zusammengedrückt werden, daß der Flüssigkeitsinhalt der Poren zur
Innenseite des Verbundwerkstoffes hinausgepreßt werden könnte.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen /erbundwerkstoffes kann z. B. eine dünne Folie aus fertigem
Schaumstoff verwendet werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird aber besonders
durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes noch weiter gelöst, das
darin liegt, daß zur Herstellung der zusätzlichen Schaumstoffschicht ein streichfähiger thermoplastischer
Kunststoffkleber auf Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird, der mit einem Treibmittel
versetzt ist. Durch dieses Verfahren wird insbesondere die innige und gute Verbindung zwischen Textilgewebe
und/oder Mineralfaserschicht mit der Schaumstoffschicht sichergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Treibmittel vor Auftragen des Klebers zur
Gasentwicklung gebracht, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Gasentwicklung und die Größe der sich
entwickelnden Poren bequem eingestellt werden können, indem man die Gasentwicklung und somit die
Porenbildung durch allmähliche Zugabe von Treibmittel steuert.
Hierbei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung von Vorteil, daß der noch streichfähige Kleber nach
abgeschlossener Gasentwicklung auf Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird, wobei
das Material des Klebers bzw. dessen Viskosität derart eingestellt werden muß, daß die eingeschlossenen
Gasblasen im streichfähigen Kleber verbleiben, selbst wenn er aufgestrichen wird. Nur in den unmittelbaren
Berührungsbereichen zwischen Kleber und der Schicht, auf die aufgetragen wird, platzen die Poren auf; solange
der Kleber noch klebfähig ist, kann die zweite Trägerschicht aufgebracht werden. Hierbei ist es
besonders von Vorteil, eine Anordnung zu treffen, bei der bei noch streichfähigem Kleber das Textilgewebe
über diesem liegt, so daß etwa nach oben steigende Gasblasen für eine große Anzahl offener Poren in
unmittelbarem Anschluß an das Textilgewebe sorgen.
Es ist schließlich unter besonderen Umständen auch von Vorteil, daß der noch streichfähige Kleber auf
Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird und daß das Treibmittel zur Gasentwicklung
gebracht wird, während der Kleber zwar bereits aufgetragen, jedoch noch plastisch ist Die Gasentwicklung
des Treibmittels findet somit erst dann statt, wenn
der Kleber bereits aufgetragen ist und wenn mindestens eine seiner Trägerschichten die zur späteren Schaumstoffschicht
hin richtige Lage einnehmen. Es ist somit möglich, Stoffbahnen genau gewünschter Dicke in
geschlossenen Formen herzustellen, die zwar gasdurchlässig sind, aber ein Ausdehnen des Verbundmaterials
über einen bestimmten Bereich hinaus verhindern. Hierbei sorgt die nachträglich einsetzende Gasentwicklung
dafür, daß sich Gasblasen im Kunststoffkleber in das jeweils benachbarte Trägermaterial hinein öffnen
und somit zu diesem hin einen offenporigen Verbindungsbereich darstellen, in dem Kleber und Trägerschicht
innig miteinander verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht
zusammen mit der Schaumstoff- oder Kleberschicht erwärmt, um eine noch innigere Verbindung zwischen
Trägerschicht und Schaumstoffschicht herzustellen, um durch diese gute Verbindung zu verhindern, daß sich die
Schaumstoffschicht örtlich ablöst und bei Biegen des Verbundwerkstoffes eingeklemmt und somit zusammengedrückt
wird.
Diese Erwärmung erreicht gemäß der Ausgestaltung die Anspringtemperatur des Treibmittels, das im noch
plastischen oder durch die Erwärmung wieder plastifizierten Kleber enthalten ist; es ist somit möglich, den
Gasentwicklungsvorgang gesteuert auszulösen, um ein möglichst gleichmäßiges und reproduzierbares Produkt
zu erreichen.
Die Erwärmung könnte vorteilhaft dadurch herbeigeführt werden, daß das Textilgewebe, Schaumstoffschicht
und Mineralfaserschicht zwischen beheizten Walzen zusammengebügelt werden. Gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ist es aber besonders von Vorteil, daß die Erwärmung durch Beaufschlagen der
ίο freien Oberfläche von Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht
mit Heißgas erfolgt, dessen Temperatur und/oder Beaufschlagungszeit derart gewählt ist, daß
keine Schädigung von Textilgewebe bzw. Mineralfaserschicht erfolgt Es wird hierdurch eine Erwärmung des
an die jeweils beflammte Trägerschicht angrenzenden Qberflacheribereäches des Schaumstoffes bzw. Klebers
erzielt, so daß die in diesem Bereich liegenden Poren zum Trägergewebe hin aufplatzen, wobei deren
Wandmaterial wegen der Plastifizierung sich innig mit dem Material des jeweiligen Trägergewebes verklebt.
Während das Beflammen durch die Trägerschicht hindurch nur dann sinnvoll ist, wenn diese verhältnismäßig
weitmaschig bzw. grobporig ausgebildet ist, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung für
die meisten Anwendungsfälle von Vorteil, daß die Schaumstoffschicht jeweils nur auf eine der Trägerschichten,
vorzugsweise die Mineralfaserschicht, aufgebracht wird, und von ihrer freien Oberfläche her mit
Heißgas beaufschlagt wird, bis Poren an dieser Oberfläche aufplatzen, und daß, während der erwärmte
Kunststoff im Oberflächenbereich noch plastisch ist, das Textilgewebe bzw. das andere Trägergewebe auf die
aufgeplatzten Poren aufgebracht wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung eines Polyurethanklebers besonders
vorteilhaft.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise
noch näher erläutert, die
einen Querschnitt durch eine Stoffbahn bzw. ein Schutzbekleidungsstück aus dem erfindungsgemäßen
Verbundwerkstoff zum Schutz gegen thermische und chemische Belastung zeigt
Es wird nun der dargestellte Verbundwerkstoff zum Schutz vor thermischer und chemischer Belastung
abgehandelt; der Außenseite A zugewandt ist eine Textilschicht 1 aus Baumwollgewebe, auf die eine
Schaumstoffschicht 2 aufgebracht ist Auf die Schaumstoffschicht 5 ist ein Mineralfasergewebe 2 aufgebracht
An das Mineralfasergewebe schließt eine Polyurethan-Schaumstoffschicht 3 an, deren Poren mit Aktivkohle
besetzt sind. Die der Innenseite /der Verbundwerkstoffbahn zugewandte Oberfläche des Schaumstoffes 3 ist
mit einem Gewebe bzw. Gewirk 4 aus Polyamidfasern abgedeckt die mit dem Schaumstoff 3 verklebt bzw.
verschweißt sind.
Die Schaumstoffschicht 5 ist als wabenartiges Zellgitter ausgebildet das dadurch hergestellt wurde,
daß man Polyurethan-Klebstoff mit einem handelsüblichen Treibmittel aufgeschäumt hat und dann — einmal
auf das Baumwollgewebe und einmal auf das Mineralfasergewebe — aufgeflammt hat Hierbei ist gleichzeitig
eine feste gegenseitige Verbindung aller drei Materialschichten hergestellt worden.
b5 Wegen der intermolekularen Wechselwirkung an der
Grenzfläche zweier Phasen — Wasser und Polyurethan-Schaumstoff — ist ein Abtropfen des Wassers durch die
Mineralfaserschicht in den Verbund verhindert und sind
gleichzeitig die offenen Gewebemaschen des äußeren Baumwollgewebes gegen das Eindringen weiterer
Flüssigkeit durch »Überfüllung« gesperrt. Hierdurch wird eine Dichte gegenüber fallenden Wassertropfen
aus zwei Metern Höhe (dies entspricht 80% der von Regen erreichten Endgeschwindigkeit) erreicht, indem
nach der ersten »Auffüllung« der Sperrschicht mit
Wasser alle weitere Flüssigkeit über die äußere Gewebeoberfläche abläuft.
Die in den Zeichnungen dargestellten Abmessungen sind nicht maßstabgerecht. Für das dargestellte Material
hat sich eine Dicke von ca. 5 mm ± 15% als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung, mit einem nichtentflammbaren Textilgewebe
als Außenschicht, an das sich eine Mineralfaserschicht anschließt, und einer luftdurchlässigen,
wärmedämmenden Innenschicht, die gegebenenfalls an der freien Oberfläche durch eine textile
Deckschicht abgedeckt ist, wobei die Innenschicht eine Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff ist
deren Poren mit Aktivkohlepartikeln besetzt sind, nach Patent 28 29 599, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Textilgewebe (t) und Mineralfaserschicht (2) eine luftdurchlässige, poröse
Wassersperrschicht (5) angeordnet ist
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersperrschicht als
wasserabweisende Schaumstoffschicht (5) ausgebildet ist
3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schaumstoffschicht (5) als wabenartiges Gitter aus unregelmäßig
verteilten Zellen gebildet ist
4. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen
alle an das Textilgewebe (1) angrenzenden Poren zu diesem hin offen sind.
5. Verbundwerkstoff nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der an das
Textilgewebe (1) angrenzenden Poren an dessen Fasern anhaften.
6. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Schaumstoffschicht (3) ein streichfähiger, thermoplastischer
Kunststoffkleber verwendet wird, der mit einem Treibmittel versetzt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel vor dem Auftragen des
Klebers zur Gasentwicklung gebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der noch streichfähige Kleber nach
abgeschlossener Gasentwicklung auf Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht (2) aufgetragen
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der noch streichfähige Kleber auf
Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht (2) aufgetragen wird, und daß das Treibmittel nachfolgend
zur Gasentwicklung gebracht wird, während der Kleber noch plastisch ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht
(2) zusammen mit der Kleberschicht (5) erwärmt werden, und daß bei der Erwärmung die
Anspringtemperatur des Treibmittels erreicht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erwärmung durch Beaufschlagen der freien Oberfläche von Textilgewebe (1) und/oder
Mineralfaser schicht (2) mit Heißgas erfolgt, dessen Temperatur und/oder Beaufschlagungszeit derart
gewählt ist, daß keine Schädigung von Textilgewebe (1) bzw. Mineralfaserschicht (2) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaumstoffschicht (5) jeweils nur auf die Mineralfaserschicht (2) aufgebracht wird und
von ihrer freien Oberfläche her mit Heißgas beaufschlagt wird, bis Poren an dieser Oberfläche
aufplatzen, und daß, während der erwärmte Kunststoff noch plastisch ist das Textilgewebe (1)
auf die aufgeplatzten Poren aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet daß als Kleber
Polyurethankleber verwendet wird.
Polyurethankleber verwendet wird.
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ID=25774913
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