DE102014215029A1 - Mehrschichtige Stoffbahn, insbesondere Schutzanzugstoff - Google Patents

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Andre Overkamp
Thomas Weber
Torsten Gerlach
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Stoffbahn (1) zur Bildung von flexiblen Behältern, Planen, Schutzanzügen, Membranen, Faltenbälgen, Drucktüchern, Zelten, Rucksäcken, Outdoorjacken, Tanks und dergleichen, wobei der Schutzanzugstoff von besonderer Bedeutung ist. Zur Verbesserung des Geräuschverhaltens enthält die mehrschichtige Stoffbahn wenigstens eine zusätzliche Dämmschicht, welche eine poröse Struktur aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Stoffbahn zur Bildung von flexiblen Behältern, Planen, Schutzanzügen, Membranen, Faltenbälgen, Drucktüchern, Zelten, Rucksäcken, Outdoorjacken, Tanks und dergleichen, wobei der Schutzanzugstoff von besonderer Bedeutung ist.
  • Die mehrschichtige Stoffbahn ist ein bahnenförmiges Material, aus welchem sich z. Bsp. Schutzanzüge herstellen lassen. Die Konfektionszuschnitte für den Schutzanzug werden aus dem fertigen bahnenförmigen Material gefertigt. Alternativ lassen sich auch direkte Formatzuschnitte herstellen, siehe zum Beispiel WO 2012/016653A2 , wobei die Herstellung der Formatzuschnitte allerdings nach einem anderen und häufig aufwendigeren Verfahren erfolgen muss. Die genannten Stoffbahnen können nach dem Stand der Technik mit einer ein- oder mehrlagigen Barriereschicht ausgestattet sein, wie es bspw. aus EP2181842A2 oder auch aus DE 10 2008 045 588 A1 bekannt ist. Die Barriereschicht dient zur Permeationsbeständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien, wie es insbesondere für moderne Chemikalienschutzanzüge erforderlich ist. Die Barriereschicht hat allerdings den Nachteil, dass sie das Material, d.h. die mehrschichtige Stoffbahn, zusätzlich versteift. Des Weiteren entstehen durch die Barriereschicht, die zumeist als ein- oder mehrlagige Folie ausgebildet ist, laute Geräusche bei Bewegungen. Insbesondere bei Verwendung in Schutzanzügen oder auch für Faltenbälge, Zelte, Outdoorjacken, Tanks und Planen sind diese Geräusche stark störend und können im Einsatzfall sogar eine Behinderung darstellen, bspw. bei einem Unfall, bei dem giftiges Gas aus einem Druckbehälter entweicht o.ä. Eine Verbesserung bezüglich der Geräuschentwicklung lässt sich auch über eine Erhöhung des elastomeren Anteils der mehrschichtigen Stoffbahn erreichen. Hierbei werden allerdings das Gewicht und die Flexibilität der Stoffbahn negativ beeinflusst.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine mehrschichtige Stoffbahn, insbesondere einen Schutzanzugstoff, bereitzustellen, die/der sich durch ein verbessertes Geräuschverhalten auszeichnet. Gleichzeitig sollen die Anforderungen an Gewicht, Flexibilität, Permeationsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit weiterhin erfüllt bleiben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die mehrschichtige Stoffbahn wenigstens eine zusätzliche Dämmschicht enthält, welche eine poröse Struktur aufweist.
  • Ein Material wird als porös bezeichnet, wenn es porig ist, d.h. luft- oder gasgefüllte Poren enthält und somit mit kleinen Löchern bzw. Kammern versehen ist. Eine derartige poröse Dämmschicht bildet ein Luftpolster aus, welches sich positiv auf die Geräuschentwicklung auswirkt und überraschenderweise ohne Nachteile bezüglich Gewicht, Flexibilität, Permeationsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit ist. Insbesondere wirkt sich eine derartige Stoffbahn zusätzlich positiv auf die Temperaturbeständigkeit aus, da die Wärmeleitung von außen nach innen reduziert wird. Bei Verwendung in einem Schutzanzugstoff kann der Träger somit länger an Wärmequellen arbeiten.
  • Der Effekt der Geräuschminderung ist insbesondere dann zu beobachten, wenn sich die poröse Dämmschicht in direktem Kontakt zu der Barriereschicht befindet. Die poröse Dämmschicht ist bevorzugt 0,05 bis 0,2 mm dick bzw. stark. Die qualitative und / oder quantitative Zusammensetzung der porösen Dämmschicht, abgesehen von den notwendigen zusätzlichen Ingredienzien zur Ausbildung der porösen Struktur, kann hierbei gleich oder verschieden der Zusammensetzung einer der zumeist vorhandenen Haftschicht sein. Da die Dämmschicht sich bevorzugt zwischen der Barriereschicht und der in der Regel vorhandenen Festigkeitsträgerschicht der mehrschichtigen Stoffbahn befindet, ist es wichtig, dass die Dämmschicht eine gute Haftung zwischen diesen Schichten aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die qualitative und / oder quantitative, insbesondere die qualitative, Zusammensetzung, abgesehen von den obigen zusätzlichen Ingredienzien, gleich der Zusammensetzung der Haftschicht. Dadurch wird die Komplexität im Produktionsprozess nicht erhöht und es ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich Zeit und Kosten.
  • Bei den notwendigen zusätzlichen Ingredienzien zur Ausbildung der porösen Struktur kann es sich um so genannte Blähmittel handeln, bei denen die erzielte poröse Struktur auch als Schaumstruktur bezeichnet wird. Als Blähmittel werden üblicherweise porenbildende Treibgase wie z.B. Azo- und Diazo-Verbindungen, bezeichnet, die unter dem Einfluß von Wärme oder Katalysatoren Gase (z.B. N2 oder CO2) abspalten und daher zur Herstellung poröser Polymermischungen dienen. Die Blähmittel zersetzen sich hierbei bei einer bestimmten Temperatur während der Verarbeitung unter Gas-Bildung oder bei Zusatz von flüchtigen Lösemitteln während der Polymerisation bzw. Vulkanisation. Die Porenbildung erfolgt dann entweder beim Verlassen eines vorhandenen Extrusionswerkzeugs, d.h. durch Vulkanisation in einer UHF-(Mikrowellen)-Heissluftanlage oder durch Spritzgießen, oder durch Erwärmung, bspw. mittels eines Infrarotstrahlers, nach dem Kalandrieren oder Aufstreichen. Bevorzugt hat sich die Verwendung von Blähmitteln gezeigt, die als hohle und nicht-expandierte Mikrokugeln vorliegen. Diese Mikrokugeln sind vorzugsweise aus Glas, Phenolharz oder Kohlenstoff oder bevorzugt auf Basis von wenigstens einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere auf Acrylatbasis. Sie sind unter anderem unter dem Handelsnamen Expancel® erhältlich. Ebenso unter dem Handelsnamen Expancel® sind bereits expandierte hohle Mikrokugeln erhältlich. Diese sind auf der Basis der gleichen Materialien wie bereits oben beschrieben verfügbar und haben den Vorteil, dass sie schon direkt nach dem Einmischen eine poröse Struktur ausbilden und somit bei der Herstellung der mehrschichtigen Stoffbahn keine zusätzliche Erwärmung zur Ausbildung der porösen Struktur mehr notwendig ist. Bei der Verwendung von expandierten hohlen Mikrokugeln werden bevorzugt diejenigen auf Basis von Acrylat verwendet, da diese eine gewisse Elastizität aufweisen und somit keine Nachteile hinsichtlich der Flexibilität der mehrschichtigen Stoffbahn aufzeigen.
  • Die hohlen Mikrokugeln, insbesondere die bereits expandierten Mikrokugeln, werden in Mengen von 0,5 bis 5 Masse-% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht verwendet.
  • Die Dämmschicht ist aus einem wenigstens einem polymeren Werkstoff aufgebaut. Bei dem polymeren Werkstoff handelt es sich bevorzugt um einen Kautschuk, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Naturkautschuk (NR) und / oder Butadien-Kautschuk (BR) und / oder Chloropren-Kautschuk (CR) und / oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und / oder Nitrilkautschuk (NBR) und / oder Butylkautschuk (IIR) und / oder Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM) und / oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und / oder Polyacrylat-Kautschuk (ACM) und / oder Epichlorhydrinkautschuk (ECO) und / oder Chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk (CSM) und / oder Silikonkautschuk (MVQ) und / oder Fluorkautschuk (FPM). Bevorzugt wird CR-Kautschuk in Mengen von 60 bis 70 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht verwendet. CR-Kautschuk bietet den zusätzlichen Vorteil der guten Flamm-, Witterungs- und Alterungsbeständigkeit. Des Weiteren kann die Dämmschicht noch Füllstoffe, bevorzugt in Mengen von 15 bis 25 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht, Vernetzungschemikalien, bevorzugt in Mengen von 2 bis 5 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht, und ggf. Farbstoffe, bevorzugt in Mengen von 5 bis 10 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht, enthalten. Wie bereits oben erwähnt werden bei Verwendung von hohlen Mikrokugeln, insbesondere die bereits expandierten Mikrokugeln, Mengen von 0,5 bis 5 Masse-% bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmschicht eingesetzt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die mehrschichtige Stoffbahn folgenden Schichtenaufbau:
    • – eine Außenschicht aus einem verarbeitbaren sowie hitze- und chemikalienbeständigen elastomeren Werkstoff;
    • – eine erste Haftschicht;
    • – eine Barriereschicht mit niedriger Permeation, die zwischen der Außenschicht und der Innenschicht angeordnet ist;
    • – eine poröse Dämmschicht;
    • – eine Festigkeitsträgerschicht, die zwischen der Außenschicht und der Innenschicht angeordnet und ein- oder mehrlagig ausgebildet ist;
    • – eine zweite Haftschicht;
    • – eine Innenschicht aus einem elastomeren Werkstoff.
  • Im Folgenden werden für die einzelnen Schichten der Stoffbahn die vorteilhaften Werkstoffgesichtspunkte näher vorgestellt.
  • Außenschicht
  • Die Außenschicht besteht aus einer vulkanisierten Kautschukmischung, wobei die Kautschukkomponente insbesondere ein Fluorkautschuk (FKM) oder Silikonkautschuk ist. Als Silikonkautschuk kommen dabei insbesondere folgende Typen zur Anwendung: Polydimethylsiloxankautschuk (MQ), Polydimethyl/vinylmethylsiloxankautschuk (VMQ), Polydimethyl/vinylmethyl-/diphenylsiloxankautschuk (PVMQ) und Poly-γ-trifluorpropyl-/vinyltriflourpropylsiloxankautschuk (FVMQ). Diese Kautschukkomponenten sind hitze- und chemikalienbeständig. Die weiteren Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z.B. Farbpigmente) Der Kautschukmischung der Außenschicht kann ein hitze- und chemikalienbeständiger Füllstoff in Pulverform beigemischt sein. Zu nennen ist hier insbesondere ein fluorhaltiger Kunststoff, insbesondere wiederum Polytetrafluorethylen (PTFE). Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Füllstoff in Pulverform beigemischt wird, der neben der Hitze- und Chemikalienbeständigkeit auch flammhemmende Eigenschaften aufweist, wie bspw. Metallcarbonate oder Metallhydroxide oder Glas bzw. Quarz.
  • Die Kautschukmischungen sind gut verarbeitbar und zudem kalandrierbar, wie es für die Herstellung von bahnenförmigem Material notwendig ist.
  • Innenschicht
  • Die Innenschicht besteht ebenfalls aus einer vulkanisierten Kautschukmischung, wobei hier lediglich eine gute Verarbeitbarkeit und Kalandrierbarkeit gefordert wird. Es können alle der fachkundigen Person bekannten Kautschukkomponenten verwendet werden. Insbesondere Naturkautschuk (NR), Chloropren-Kautschuk (CR), Butylkautschuk (IIR), Chlorbutylkautschuk (CIIR), Brombutylkautschuk (IIR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM), Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA) oder ein Fluorkautschuk (FKM) haben sich als geeignet erwiesen. Die weiteren Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z.B. Farbpigmente)
  • Festigkeitsträgerschicht
  • Die Festigkeitsträgerschicht, die vorzugsweise aus einem textilen Werkstoff besteht, kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein, wobei zumeist die einlagige Ausführung unter dem Aspekt der Gewichtsreduzierung zum Einsatz gelangt. Die Festigkeitsträgeschicht liegt dabei insbesondere als Gewebeschicht, umfassend Kette und Schuss, vor. Der textile Werkstoff ist insbesondere ein Polyamid (z.B. PA 6, PA 6.6) und/oder ein Polyester (PES) und/oder ein Aramid (z.B. Para-Aramid). Das Gewebe kann beispielsweise ein PA-Gewebe oder ein PA/PES-Gewebe sein.
  • Barriereschicht
  • Als Werkstoff für die Barriereschicht können Polyamide (PA), wie bspw. Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12 oder Copolyamide, Polyimid (PI) oder ein fluorhaltiger Kunststoff, beispielsweise Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF), ein Polymer auf Basis von Ethylenvinylalkohol (EVOH), ein Polyvinylalkohol (PVOH) oder ein Polyetheretherketon (PEEK) verwendet werden. Die Barriereschicht ist zumeist als ein- oder mehrlagige Folie ausgebildet. Sie ist wie die Festigkeitsträgerschicht zwischen der Außenschicht und der Innenschicht angeordnet.
  • Haftschicht
  • Die Haftschicht ist ebenso wie die Dämmschicht auf Basis wenigstens eines polymeren Werkstoffs aufgebaut. Bei dem polymeren Werkstoff handelt es sich bevorzugt um einen Kautschuk, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Naturkautschuk (NR) und / oder Butadien-Kautschuk (BR) und / oder Chloropren-Kautschuk (CR) und / oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und / oder Nitrilkautschuk (NBR) und / oder Butylkautschuk (IIR) und / oder Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM) und / oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und / oder Polyacrylat-Kautschuk (ACM) und / oder Epichlorhydrinkautschuk (ECO) und / oder Chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk (CSM) und / oder Silikonkautschuk (MVQ) und / oder Fluorkautschuk (FPM). Des Weiteren kann die Haftschicht noch Füllstoffe, bevorzugt in Mengen von 15 bis 25 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Haftschicht, Vernetzungschemikalien, bevorzugt in Mengen von 2 bis 5 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Haftschicht, und ggf. Farbstoffe, bevorzugt in Mengen von 5 bis 10 Masse -% bezogen auf die Gesamtmasse der Haftschicht, enthalten. Enthält die mehrschichtige Stoffbahn mehr als eine Haftschicht, so können diese sowohl qualitativ als auch quantitativ gleich oder verschieden voneinander sein. Bei gleicher qualitativer und quantitativer Zusammensetzung wird die Komplexität im Herstellverfahren der mehrschichtigen Stoffbahn nicht erhöht. Für die Haftschicht wird die obige Zusammensetzung auf Basis wenigstens eines polymeren Werkstoffs durch geeignete Lösungsmittel in Lösung gebracht und durch Kalandrieren oder Streichen aufgebracht.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung erläutert.
  • Nach der einzigen Figur umfasst die Stoffbahn 10 eine Außenschicht 1 aus einer hitze- und chemikalienbeständigen vulkanisierten Kautschukmischung, beispielsweise auf der Basis von FKM, sowie eine Innenschicht 5 aus ebenfalls einer vulkanisierten Kautschukmischung, beispielsweise auf der Basis von CSM. Zwischen der Außenschicht 1 und der Innenschicht 5 ist eine Festigkeitsträgerschicht 4, insbesondere in Form einer einlagigen Gewebeschicht aus einem textilen Werkstoff, beispielsweise ein PA-Gewebe, angeordnet.
  • Zwischen der Innenschicht 5 und der Festigkeitsträgerschicht 4 ist ferner eine zweite Haftschicht 2‘ angeordnet. Die zweite Haftschicht 2‘ kann dabei, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, als eine eigene Schicht ausgebildet sein. Sie kann aber auch in die Innenschicht 5 integriert sein, indem die Innenschicht 5 zusätzlich mit einem Haftmittel versehen ist.
  • Die Barriereschicht 3 mit niedriger Permeation ist als einlagige Folie ausgebildet und befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen Außenschicht 1, mit der sie über eine erste Haftschicht 2 verbunden ist und der porösen Dämmschicht 6, welche hohle expandierte Mikrokugeln enthält. Anstelle der ersten Haftschicht 2 kann die Barriereschicht auch durch Ätzen oder sonstige bekannte Verfahren oberflächenaktiviert sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    mehrschichtige Stoffbahn, insbesondere Schutzanzugstoff
    1
    Außenschicht in Form einer Elastomerschicht
    2
    erste Haftschicht
    2‘
    zweite Haftschicht
    3
    Barriereschicht (Einzelfolie, Folienverbund)
    4
    Festigkeitsträgerschicht, insbesondere Gewebeschicht
    5
    Innenschicht in Form einer Elastomerschicht
    6
    poröse Dammschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/016653 A2 [0002]
    • EP 2181842 A2 [0002]
    • DE 102008045588 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Mehrschichtige Stoffbahn (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine zusätzliche Dämmschicht (6) enthält, welche eine poröse Struktur aufweist.
  2. Mehrschichtige Stoffbahn (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmschicht (6) expandierte Mikrokugeln enthält.
  3. Mehrschichtige Stoffbahn (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmschicht (6) eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm aufweist.
  4. Mehrschichtige Stoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schichtenaufbau mit wenigstens folgenden Schichten: – eine Außenschicht (1) aus einem verarbeitbaren sowie hitze- und chemikalienbeständigen elastomeren Werkstoff; – eine erste Haftschicht (2); – eine Barriereschicht (3) mit niedriger Permeation, die zwischen der Außenschicht und der Innenschicht angeordnet ist; – eine poröse Dämmschicht (6); – eine Festigkeitsträgerschicht (4), die zwischen der Außenschicht (1) und der Innenschicht (5) angeordnet und ein- oder mehrlagig ausgebildet ist; – eine zweite Haftschicht (2‘); – eine Innenschicht (5) aus einem elastomeren Werkstoff.
  5. Mehrschichtige Stoffbahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (1) und die Innenschicht (5) aus einer vulkanisierten Kautschukmischung besteht, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente und Mischungsingredienzien.
  6. Mehrschichtige Stoffbahn nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgerschicht (4) eine Gewebeschicht ist.
  7. Mehrschichtige Stoffbahn nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Dämmschicht (6) in direktem Kontakt zu der Barriereschicht (3) angeordnet ist.
  8. Mehrschichtige Stoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung von Schutzanzugstoffen.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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