DE4025813A1 - Hitzeschutzkleidung - Google Patents

Hitzeschutzkleidung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hitzeschutzkleidung mit einem inneren hoch temperaturbeständigen, isolierenden und schwer entflammbaren Gewebe oder Vlies aus Fasern und einer äußeren Metallisierung oder metallisierten Folie.
Eine gute Hitzeschutzkleidung soll einen Schutz gegen Strahlungshitze, Spritzer von flüssigen Metallen, Flammenberührung, Kontakthitze und Konvektionshitze darstellen. Gleichzeitig soll sie soweit wie möglich angenehm im Tragen sein, die Beweglichkeit des Trägers nicht so sehr einschränken und auch mechanisch belast­ bar sein, wobei jedoch stets noch eine entsprechende Wirtschaftlichkeit gegeben sein soll.
Früher verwendete man als Hitzeschutzkleidung Gewebe aus Asbest, die außenseitig mit einer metallisierten Folie bzw. einer Metallfolie gegen Strahlungshitze versehen waren. Aufgrund der Gesundheitsgefährdung durch die Verwendung von Asbest werden heute als Er­ satzstoffe, Baumwolle, Wolle, Leinen, Glasfasern, Kar­ bonfasern, Keramikfasern, Aramidfasern oder Mischungen daraus verwendet.
Nachteilig bei diesen bekannten Geweben bzw. Vliesen ist, daß entweder der Wärmeschutz nicht für alle An­ wendungsfälle ausreichend ist oder ein schlechter Tra­ gekomfort gegeben ist, wobei unter Umständen beide Nachteile zusammen auftreten. Bei einem ausreichenden Hitzeschutz ist die Hitzeschutzkleidung häufig auch zu schwer, zu starr und zu biegesteif.
In der US-PS 47 48 065 ist z. B. ein Flammschutz-Vlies­ stoff beschrieben, der mit chemische Dämpfe adsorbie­ renden Kohlenstoff-Partikeln imprägniert ist. Die Vliesstoffasern bestehen dabei zu mindestens 90% aus Aramid-Stapelfasern und das Flächengewicht liegt zwi­ schen 35 und 70 g/m2. Die Fasern sind verfestigt durch zweimalige Wasserstrahlbehandlung, und zwar einmal mit einem Strahldruck von etwa 1400 kPa, dann mit Strahl­ drücken zwischen 10 000 und 11 000 kpa.
Da dieser bekannte Vliesstoff auch noch schmelzbare Fasern besitzt, wird er bei einer direkten Flammenein­ wirkung zerstört, weshalb eine Hitzeschutzkleidung aus diesem Material nur bedingt als Hitzeschutz geeignet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Hitzeschutzkleidung zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet, insbesondere die einen hohen Hitzeschutz bei gutem Tragekomfort und bei Einhaltung einer Wirtschaftlichkeit gewährt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Vlies teilgraphitierte Polyacrylnitril-Fasern auf­ weist, und daß das so ausgerüstete Vlies mit der me­ tallischen Folie versehen ist.
Praktische Lösungen haben gezeigt, daß mit einem Vlies der erfindungsgemäßen Art Flächengewichte im Bereich von 70 g/m2 und noch niedriger zu erzielen sind, und zwar ohne daß die Wirkung des Vlieses als Flammbarrie­ re abnimmt. Dies bedeutet, daß eine Hitzeschutzklei­ dung aus diesem Material deutlich leichtgewichtiger als die bekannten Arten ist. Darüber hinaus hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auch die Bie­ gesteifigkeit wesentlich geringer ist, d. h. daß das erfindungsgemäße Vlies elastischer ist. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Hitzeschutzkleidung einen we­ sentlich besseren Tragekomfort als die bekannten Arten besitzt. Der Ausdruck "teilgraphitiert" bedeutet, daß die Fasern nur so weit graphitiert sind, daß sie noch krempelbar sind. Der LOI-Wert der eingesetzten Fasern sollte zwischen 40 und 65 liegen. "LOI" bedeutet "Li­ miting-Oxygen-Index". Dieser Index bestimmt die Brenn­ barkeit von Kunststoffen gemäß ISO-Standard 45 89 "Kunststoffe-Bestimmung der Brennbarkeit durch den Oxygen-Index". Dieser Index ist mit bestimmten Ein­ schränkungen auch auf Textilien anwendbar, sofern die­ se aus organischen Faserstoffen bestehen. Ein wirksa­ mes flammhemmendes Verhalten ist im allgemeinen bei LOI-Werten über etwa 27 zu erwarten.
Praktische Ergebnisse haben gezeigt, daß es von Vor­ teil ist, wenn das erfindungsgemäße Vlies in irgendei­ ner Weise verstärkt wird, damit eine bessere Reißfe­ stigkeit und Weiterreißfestigkeit erreicht wird.
Eine erfinderische Möglichkeit hierfür kann darin be­ stehen, daß in das Vlies in Kett-/Schußanordnung ver­ laufende Verstärkungsfäden eingearbeitet sind.
Im allgemeinen wird es dabei ausreichend sein, wenn in Kettrichtung 4 bis 24 Fäden/Zoll und in Schußrich­ tung 4 bis 15 Fäden/cm vorhanden sind.
Auf diese Weise kann man ein Vlies mit einer Mindest­ festigkeit von 70 N/5 cm bei einem Flächengewicht von 40 bis 100 kg/m2 und z. B. einer Dicke von maximal 1,8 mm erhalten, wobei die angegebene Festigkeit minde­ stens in einer Richtung vorhanden ist.
Die Einbringung der Verstärkungsfäden kann mittels be­ kannter Nähwirktechniken erfolgen. An die Stelle einer Vollschuß-Bindung kann auch eine Kurzschußbindung tre­ ten.
Der Gewichtsanteil der Verstärkungsfäden kann z. B. zwischen 12 und 60 g/m2 betragen. Im allgemeinen wer­ den die auf diese Weise erzielten Festigkeiten ausrei­ chend sein, wobei selbstverständlich im Bedarfsfalle auch durch eine entsprechende Erhöhung der Anzahl der Verstärkungsfäden noch höhere Festigkeiten erzielbar sind.
Voraussetzung für die Verwendung von geeigneten Ver­ stärkungsfäden ist, daß sie ebenfalls hohe LOI-Werte aufweisen.
Praktische Ergebnisse haben jedoch überraschenderweise gezeigt, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, ei­ nen LOI-Wert zu nehmen, der in der Größenordnung des LOI-Wertes für das Vlies liegt, d. h. ca. 40. Es hat sich nämlich gezeigt, daß man auch z. B. thermoplasti­ sche Kunststoffe, wie z. B. Polyesterfasern, verwenden kann, die zwar nur LOI-Werte unter 27 besitzen, die sich aber leicht verarbeiten lassen und sehr billig sind. Die Praxis hat gezeigt, daß auch bei diesen Wer­ ten die flammhemmende Wirkung des Vlieses oder dessen Festigkeit bei Feuereinwirkung nicht spürbar beein­ trächtigt wird.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung jedoch auch noch andere Materialien für die Verstärkungsfäden möglich.
Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Reißfestigkeit des Vlieses kann darin bestehen, daß das Vlies mit einem zweiten Vlies lami­ niert ist, wobei eines der beiden Vliese mit der me­ tallischen Folie versehen ist.
Durch die Laminierung mit einem zweiten Vlies wird ei­ ne deutlich bessere Festigkeit erreicht.
Dabei kann sogar für das zweite Vlies ein Vlies mit der gleichen chemischen Zusammensetzung wie das erste Vlies verwendet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn man bei der Beschichtung bzw. Laminierung der beiden Vliese diese so zueinander anordnet, daß unter­ schiedliche Festigkeiten in bestimmte Richtung durch unterschiedliche Lagerichtungen ausgeglichen werden.
Auf diese Weise kann man bei gleichem Gesamtflächenge­ wicht, welches sich jeweils hälftig auf die beiden Vliese verteilt, wie z. B. jeweils 30 bis 50 g/m2, eine spürbar höhere Festigkeit bei gleichem Flächengewicht im Vergleich zu einem einzigen Vlies mit dem gleichen Gesamtflächengewicht erhalten.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Festig­ keit kann darin bestehen, daß zwischen dem Vlies und der metallisierten Folie ein Gittergelege aus hochtem­ peraturbeständigem und schwer entflammbarem Material angeordnet ist.
Für das Gittergelege wird man dabei ein Material ver­ wenden, das eine entsprechend hohe Reißfestigkeit be­ sitzt.
Bei Verwendung von zwei Vliesen kann man das Gitterge­ lege zwischen den beiden Vliesen anbringen und auf diese Weise eine noch höhere Festigkeit des Textil­ materiales für die Hitzeschutzkleidung erhalten.
Als ein sehr günstiges Material für das Gittergelege haben sich Kohlefasern gezeigt.
Als Haftmittel für die Laminierung bzw. Beschichtung der einzelnen Bestandteile miteinander können z. B. Kleber auf Polyester- oder Polyurethanbasis verwendet werden.
Von Vorteil ist dabei, wenn dem Haftmittel Flamm­ schutzmittel beigemischt werden, wie z. B. mineralische Flammschutzmittel, die Kohlendioxyd und Wasser abspal­ ten. Hierfür sind z. B. Hydroxyde oder Karbonate geeig­ net.
Ebenso sind als Flammschutzmittel bromorganische Ver­ bindungen, gegebenenfalls kombiniert mit Antimonoxy­ den, geeignet.
Der Anteil des Flammschutzmittels in dem Haftmittel kann erfindungsgemäß zwischen 20 und 40 Gew.Prozent betragen.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung und der Zusam­ mensetzungsbeispiele einige Möglichkeiten für die er­ findungsgemäße Hitzeschutzkleidung beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Vlies, das mit einer metallisierten Folie, die mit einer Trägerfolie versehen ist, verbunden ist;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in vergrößerter Dar­ stellung mit zwei erfindungsgemäßen Vliesen und einer metallisierten Folie;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in vergrö­ ßerter Darstellung mit zwei Vliesen, einer dazwischen angeordneten Gittergelege und ei­ ner mit einer Trägerfolie versehenen metalli­ sierten Folie.
Zusammensetzungsbeispiel 1
Für das Beispiel nach der Fig. 1 wird ein Vlies 1 von 70 g/m2, aus teilgraphitierten Polyacrylnitril-Stapel­ fasern mit einem LOI-Wert von 60 und einem Titer von 1,7 dtex in einer isotropen Faserorientierung, in zwei Stufen mit säulenförmigen Wasserstrahlen verfestigt. Dabei befinden sich in jeder Stufe 5 Düsenbalken, de­ ren Bohrungen einen Durchmesser von 120 µm aufweisen, und die in Abständen von 0,6 mm angeordnet sind.
In der ersten Stufe wird die Vliesoberseite mit von Düsenbalken zu Düsenbalken steigendem Strahl-Druck, beginnend bei 25 bar, endend bei 140 bar, verfestigt.
Die Wasserstrahlen wirken mit einem Druck von ca. 10 000 kPa auf die Fasern ein. Es ist jedoch auch mög­ lich, mehrstufig und kontinuierlich den Druck bis auf 14 000 kPa zu erhöhen.
In der zweiten Stufe wird das Vlies auf seiner Unter­ seite verfestigt, wobei hier die Drücke von Düsenbal­ ken zu Düsenbalken von 80 bar bis 140 bar gestaffelt sind.
In beiden Stufen wird das Vlies auf je einem Siebband mit 100 mesh transportiert, um ein Flächengebilde mit geschlossener Oberfläche zu erhalten.
Das Vlies wird sodann mit einem hydro- und oleophobie­ rend wirkenden, handelsüblichen Fluorkarbonharz so ge­ tränkt, daß 27% Harz auf der Flächenware verbleiben.
Das auf diese Weise erhaltene Vlies 1 wird auf einer Seite mit einem Polyester- oder Polyurethanklebstoff bestrichen: Dabei kann ein erster Strich als Haftgrund aufgebracht werden, um insbesondere bei rauhen Ober­ flächen eine bessere Glättung zu erhalten. Anschlie­ ßend wird ein zweiter Strich aufgebracht und auf das auf diese Weise erhaltene Haftmittel 2 eine metalli­ sierte Folie bzw. Schicht 3 aufgelegt. Selbstverständ­ lich kann der erste Strich als Haftung auch auf die metallisierte Folie, und zwar auf der dem Vlies 1 zuge­ wandten Seite aufgebracht werden.
Die Laminierung bzw. Kaschierung des Vlieses 1 mit der metallisierten Folie bzw. Schicht 3 kann in bekannter Weise unter einem entsprechend aufgebrachten Flächen­ druck und bei erhöhten Temperaturen, z. B. 110 bis 120o, erfolgen. Als Metall für die metallisierte Folie kann z. B. Aluminium, Gold oder Silber verwendet wer­ den. Aus Kostengründen wird man jedoch im allgemeinen hierfür Aluminium verwenden.
Die metallisierte Folie 3 kann mit einer Trägerfolie 4, z. B. aus einem Polymer, versehen sein. Die Träger­ folie 4 wird nach dem Aufbringen der metallisierten Folie 3 auf das Vlies 1 abgezogen.
Auf diese Weise erhält man ein leichtes und sehr fle­ xibles Material für eine Hitzeschutzbekleidung.
Die praktischen Ergebnisse haben gezeigt, daß bei gleichen Hitzeschutzwerten Gewichtseinsparungen zwi­ schen 30 und 700% möglich sind bei gleichzeitig deut­ lich geringerer Biegesteifigkeit bzw. bessere Flexibi­ lität, wodurch auch eine leichtere Konfektionierbar­ keit gegeben ist.
Zur Erhöhung der Festigkeit kann das Vlies 1 auch mit Verstärkungsfäden 5, die in Kettrichtung verlaufen und Verstärkungsfäden 6, die in Schußrichtung verlaufen, versehen sein. Dabei können in Kettrichtung 9 Verstär­ kungsfäden 5/Zoll und in Schußrichtung 7 Verstärkungs­ fäden 6/cm eingebettet sein.
Die Verstärkungsfäden 5 und 6 können mit einer Maga­ zinschußraschelmaschine mit Vliesvorlage mit Polyamid­ imidkettgarn und einem Schußgarn auf der gleichen Ba­ sis mit einem Abstand von 3 mm in Kette und einem Ab­ stand von 35 mm im Schuß verstärkt werden. Die Garn­ feinheit beträgt in diesem Falle 80 dtex.
Zusammensetzungsbeispiel 2
Gemäß Beispiel nach der Fig. 2 sind ein erstes Vlies 1A und ein zweites Vlies 1B vorhanden, die jeweils ein Flächengewicht von 35 g/m2 aus 100% teilgraphitierten Polyacrylnitril-Fasern mit einem Titer von 1,7 dtex aufweisen, welche mit Krempel und Querleger abgelegt und anschließend entsprechend den in dem Zusammenset­ zungsbeispiel 1 genannten Bedingungen wasserstrahlver­ festigt werden. Durch ein Haftmittel 2, das die glei­ che Zusammensetzung wie bei dem Zusammensetzungsbei­ spiel nach der Fig. 1 aufweisen kann, werden die bei­ den Vliese 1A und 1B miteinander verbunden. Dies kann durch eine Laminierung in einer Durchlaufpresse erfol­ gen. Legt man die beiden Vliese 1A und 1B ihrem Faser­ verlauf entsprechend unterschiedlich übereinander, so kann in allen Ebenen eine gleiche Festigkeit erreicht werden. Dies bedeutet, der Verbund aus den beiden Vliesen 1A und 1B ist damit in alle Richtungen gleich weit dehnbar.
Auf die freie Oberfläche des Vlieses 1A wird wiederum Haftmittel 2 aufgebracht und eine metallisierte Folie 3 auflaminiert. Im Unterschied zu dem Zusammenset­ zungsbeispiel 1 ist in diesem Falle die metallisierte Folie 3 dicker und nicht mit einer Trägerfolie verse­ hen. Als metallisierte Folie kann z. B. hierfür eine gewalzte Aluminiumfolie verwendet werden. Auf diese Weise wird die Einheit zwar stärker und biegesteifer, aber sie läßt sich auch noch stärker belasten und so z. B. als Gesichtsschutz verwenden.
Eine weitere Möglichkeit für eine Beschichtung des Vlieses 1 oder der beiden Vliese 1A und 1B besteht auch darin, daß man direkt im Hochvakuum eine Bedamp­ fung vornimmt und auf diese Weise eine direkte Me­ tallisierung vornimmt bzw. Metallteilchen als Schicht bzw. Folie auf das Vlies aufbringt.
Zusammensetzungsbeispiel 3
Das in der Fig. 3 dargestellte Beispiel ist grundsätz­ lich von gleichem Aufbau wie die beiden vorstehend be­ handelten Zusammensetzungen.
Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß zwischen den beiden Vliesen 1A und 1B ein Gittergelege 7 eingelegt ist, das zur Verstärkung dient und z. B. aus Kohlefasern bestehen kann. In diesem Falle ist wiederum eine metallisierte Folie 3 mit einer Träger­ folie 4 dargestellt, wobei selbstverständlich auch in diesem Falle eine metallisierte Folie 3 ohne Trägerfo­ lie verwendet werden kann.

Claims (23)

1. Hitzeschutzkleidung mit einem inneren hoch tempe­ raturbeständigen, isolierenden und schwer ent­ flammbaren Gewebe oder Vlies aus Fasern und einer äußeren Metallisierung oder einer metallisierten Folie, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies (1, 1A, 1B) teilgraphitierte Polyacrylni­ tril-Fasern aufweist, und daß das so ausgestattete Vlies (1, 1A, 1B) mit der metallisierten Folie (3) bzw. Metallisierung versehen ist.
2. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Vlies (1) in Kett-/Schußanordnung verlau­ fende Verstärkungsfäden (5, 6) eingearbeitet sind.
3. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Kettrichtung 4 bis 24 Fäden/Zoll und in Schuß­ richtung 4 bis 15 Fäden/cm vorhanden sind.
4. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Kettrichtung 8 bis 10 Fäden/Zoll und in Schuß­ richtung 6 bis 8 Fäden/cm vorhanden sind.
5. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Vlieses (1) zwischen 40 bis 100 g/m2 beträgt und die Verstärkungsfäden (5, 6) in einer Menge von 12 bis 200 m2 vorhanden sind.
6. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyacrylnitrilfasern einen LOI-Wert von min­ destens 40 und wenigstens die in Kettrichtung ver­ laufenden Verstärkungsfäden (5) einen LOI-Wert un­ ter 27 aufweisen.
7. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5, 6) aus thermoplastischem Material bestehen.
8. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material Polyester ist.
9. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5, 6) aus Polyamidimid be­ stehen.
10. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies (1A) mit einem zweiten Vlies (1B) lami­ niert ist, und daß eines der beiden Vliese (1A, 1B) mit der metallischen Folie (3) versehen ist.
11. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vliese (1A, 1B) wenigstens annähernd die gleiche chemische Zusammensetzung besitzen.
12. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Vlies (1B) Aramidfasern, Glasfasern, Karbonfasern, flammwidriges Baumwollgewebe, Kera­ mikfasern oder Mischungen davon enthält.
13. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vlies (1) und der metallisierten Fo­ lie (3) ein Gittergelege (7) aus hochtemperaturbe­ ständigem und schwerentflammbarem Material ange­ ordnet ist.
14. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Vliesen (1A, 1B) ein Gitterge­ lege (7) aus einem hochtemperaturbeständigem und schwerentflammbarem Material angeordnet ist.
15. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gittergelege (7) Kohlefasern aufweist.
16. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel (2) für die Beschichtung des Vlie­ ses (1) oder der Vliese (1A, 1B) untereinander und der metallisierten Folie (3) auf Polyurethan- oder Polyesterbasis ist.
17. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Haftmittel (2) mineralische und/oder organi­ sche Flammschutzmittel beigemischt sind.
18. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftmittel (2) Kohlendioxyd und/oder wasserab­ spaltende Stoffe, wie Hydrooxyde und/oder Karbona­ te, sind.
19. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Flammschutzmittel bromorganische Verbindungen, insbesondere kombiniert mit Antimonoxyden, beige­ mischt sind.
20. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Flammschutzmittel in einer Menge von 20 bis 40 Gew.Prozent beigemischt sind.
21. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Folie (3) außenseitig mit einer nach dem Beschichten abziehbaren Trägerfolie (4) versehen ist.
22. Hitzeschutzkleidung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (4) aus einem Polymer ist.
23. Hitzeschutzkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Schicht bzw. Folie (3) auf das Vlies (1) direkt durch eine Bedampfung im Hochva­ kuum aufgebracht ist.
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