DE102018004982A1

DE102018004982A1 - Verwendung eines textilen Flächenmaterials mit Garnen mit niedrigem Drehungsbeiwert zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierener Bekleidung

Info

Publication number: DE102018004982A1
Application number: DE102018004982.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Merkel
Original assignee: Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH
Current assignee: Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-12-19
Also published as: WO2019243190A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines textilen Flächenmaterials, umfassend Stapelfasergarne mit sehr niedrigem Drehungsbeiwert von spinnalphametrisch 0-10, zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung, insbesondere Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung. Derartige Bekleidung weist aufgrund der besonderen Porengrößenverteilung besonders gute Wärmedurchgangswiderstände und Wasserdampfdurchgangswiderstände auf.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines textilen Flächenmaterials zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung, sowie ein Kleidungsstück umfassend das textile Flächenmaterial.
Thermisch und elektrisch isolierende Bekleidung wird für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. So werden beispielsweise atmungsaktive, thermisch isolierende Materialien für Sportbekleidungen und für sogenannte „Outdoor“-Bekleidung gesucht. Bei bestimmten Berufsgruppen, z. B. Feuerwehren, Rettungsdiensten, dem Militär, sowie bei bestimmten Anwendungen in beispielsweise der chemischen Industrie, ist „Persönliche Schutzausrüstung“ (PSA) erforderlich, die bezüglich ihrer thermischen oder elektrischen Isolierung bestimmten Vorgaben entspricht. Ein typischer Bekleidungsaufbau bei den beispielhaften Berufsgruppen Feuerwehren, Rettungsdienste, Militär sowie in industriellen Anwendungen ist die Anwendung thermisch isolierender und schützender Unterwäsche (Base-layer) sowie entsprechend zertifizierter oftmals mehrlagiger Oberbekleidungen. Die Schutzwirkungen von Unter- und Oberbekleidung addieren sich zur gesamten thermischen Isolationswirkung. Zusätzlich gibt es in diesem PSA-Bereich anwendungsspezifisch die Forderung nach Störlichtbogen-Sicherheit. Im Umkehrschluss liegt allen nationalen und internationalen Normen aus dem PPE-Bereich (Personal Protection Equipment) eine hohe geforderte thermische (und elektrische) Isolationswirkung der eingesetzten Textilien zum Schutz des Trägers dieser Textilien zugrunde.
Der Aufbau derartiger Schutzausrüstung umfasst häufig mehrlagige textile Materialien. Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 202 14 118 U1 ist beispielsweise ein textiles Material zur Bildung von Arbeitsbekleidungsstücken zum Schutz gegen Hitze-, Flammen- und Lichtbogeneinwirkungen bekannt, wobei das textile Material wenigstens zwei separate Kett- und Schussfadensysteme aufweisende Gewebelagen umfasst, welche ineinandergreifen und verbunden sind. Bei Hitzeeinwirkungen bilden sich zwischen den beiden Gewebelagen mit Luft gefüllte Hohlkammern, die eine thermische Isolation bewirken. Ein derartiges Textil ist kompliziert aufgebaut und erfordert mehrere Lagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermisch und/oder elektrisch isolierende Arbeitsschutzkleidung bereitzustellen, die Schutz gegen Hitze-, Flammen- und Lichtbogeneinwirkung bietet oder als Sportbekleidung dient, und auf besonders einfache Art und Weise eine thermische und/oder elektrische Isolationswirkung entfaltet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verwendung eines textilen Flächenmaterials zur Herstellung von Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verwendung, sowie ein Kleidungsstück mit dem textilen Flächenmaterial sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Die Erfindung betrifft daher die Verwendung eines textilen Flächenmaterials, umfassend oder bestehend aus Stapelfasergarnen mit sehr niedrigem Drehungsbeiwert von spinnalphametrisch 0 bis 10 zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung, insbesondere Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung.
Aufgrund des besonders niedrigen Drehungsbeiwerts der Fasern resultieren textile Flächenmaterialien mit einer hohen Makroporosität und einer gegenüber herkömmlichen textilen Materialien veränderten Porengrößenverteilung, bei der sich besonders gut Lufteinschlüsse im textilen Material bilden.
Bei textilen Materialien wird in der Regel nach folgenden Porenarten unterschieden:

(a) Mikroporen, z. B. innerhalb von Fasern,
(b) Makroporen, z. B. zwischen Fasern oder einzelnen Filamenten,
(c) Mesoporen, z. B. zwischen Garnen, und
(d) Gigaporen zwischen Flächen oder Bekleidungsschichten.

Bei herkömmlichen textilen Materialien sind die eingesetzten Fasergarne aus Fasern mit hoher Drehung von spinnalphametrisch üblichen Werten zwischen 60 bis 140, nach der Spinnereiformel: Drehung/m = (spinn)alpha(metr.) × (Nm)^1/2 gesponnen, wobei die Fasern sich helixförmig im Garn winden. Bei diesen herkömmlichen Materialien dominieren im Besonderen Maß die Mesoporen das textile Material, wobei die Porosität und der Mittelwert der Porengröße relativ groß sind. Derartige Materialien bilden nur im untergeordneten Maß die zur thermischen und/oder elektrischen Isolierung notwendigen Lufteinschlüsse.
Durch die sehr geringe Garndrehung von spinnalphametrisch 0 bis 10 resultiert bei den erfindungsgemäß verwendeten Textilmaterialien eine hohe Porosität mit einem hohen Anteil an Makroporen (bei verkleinerter mittlerer Porengröße und geringerer Mesoporosität), wobei gleichzeitig die sehr geringe Drehung eine optimale Faser-Faser-Reibung in der Längsrichtung ermöglicht und sich dadurch für den textilen Träger eine hohe Festigkeit und signifikant verbesserte Ausbeuleigenschaften ergeben. Bei diesen Materialien sind die Fasern im Garn parallel bzw. nahezu parallel angeordnet. Aufgrund des im Textil eingeschlossenen Luftvolumens lassen sich besonders einfach aus den erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterialien Kleidungsstücke mit thermisch und/oder elektrischer Isolierwirkung herstellen, die gegenüber herkömmlichen textilen Materialien einen erhöhten Wärmedurchgangswiderstand R_CT aufweisen. Dieser kann insbesondere um bis zu 30% höher sein als der entsprechende Wert bei den herkömmlichen textilen Materialien ähnlichen Gewichts. Somit lässt sich ein um 30% gewichtsreduziertes textiles Material mit entweder derselben Isolationswirkung herstellen, bzw. ein ähnlich schweres Material hat einen um 30% erhöhten Wärmedurchgangswiderstand RCT gegenüber herkömmlichen textilen Materialien mit hohem Drehungsbeiwert. Die erfindungsgemäßen Arbeitsschutzbekleidungen bewirken daher einen guten Schutz gegen Hitze-, Flammen-, und Lichtbogeneinwirkung bei gleichzeitig signifikant verbessertem Tragekomfort.
Weiterhin weist thermisch (isolierend gegen Hitze oder Kälte) und/oder elektrisch isolierende Bekleidung, die aus dem erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterial hergestellt wird, aufgrund der feineren mittleren Porengrößenverteilung zwar einen höheren Wasserdampfdurchgangswiderstand R_ET auf, als Bekleidungsstücke, die aus herkömmlichen textilen Materialien mit hohen Drehungsbeiwerten der Garne hergestellt wurden. Gleichzeitig weisen mit einem derartigen textilen Flächenmaterial hergestellte thermisch und/oder elektrisch isolierende Bekleidungsstücke einen dennoch hohen Tragekomfort auf und sind sehr atmungsaktiv.
Bevorzugt liegen die spinnalphametrischen Drehungsbeiwerte der erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterialien im Bereich von 0,05 bis 10, weiter bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 3, oder im Bereich von 0 bis 2. Weiterhin bevorzugt sind auch noch Bereiche von 0,05 bis 1 und insbesondere der Bereich von 0,08 bis 0,15. Die Drehungsbeiwerte können mittels der DIN-Norm DIN EN ISO 2061 bestimmt werden.
Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen textilen Materialien, die wenigstens zwei Gewebelagen benötigen, um dazwischen ein mit Luft gefülltes Isolationspaket zu bilden, werden bei dem erfindungsgemäß eingesetzten textilen Flächenmaterial aufgrund der Porosität bereits mit einem einlagigen textilen Flächenmaterial thermisch und/oder elektrisch isolierende Lufteinschlüsse gebildet.
Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung der textilen Flächenmaterialien aus Garnen mit niedrigem Drehungsbeiwert zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung, wobei die Bekleidungsstücke zumindest eine der folgenden Normen: EN ISO 14116 gegen Hitze und Flammen beständige Bekleidung, EN 469 für Feuerwehrbekleidung, EN 511:2006 betreffend Handschuhe für den Kälteschutz, EN 14058, ISO 6942:2002, ISO 9151:1995, EN ISO 11612 oder EN 61482 erfüllen bzw. deren Schutzklassenkategorisierung im Lagenverbund signifikant erhöhen. Derartige Normen müssen für thermisch und/oder elektrisch stark beanspruchte Kleidungsstücke erfüllt werden. Die Norm ISO 6942:2002 betrifft dabei Kleidung zum Schutz gegen Hitze und Feuerwärmestrahlung, die Norm ISO 9151:1995 Kleidung zum Schutz gegen Hitze und Flammen, Wärmedurchgang (konvektive Hitze), die Norm EN 14058 Schutzkleidung vor kaltem Klima sowie die europäische Norm EN ISO 11612 den Schutz vor Hitze und Flammen, zertifizierte Schutzkleidung z. B. der Klasse A1, B1 und C1. Die Norm EN 61482 betrifft elektrisch isolierende Bekleidung, nämlich Schutzkleidung gegen Störlichtbögen.
Weiterhin ist es möglich, dass die textilen Flächenmaterialien zur Herstellung von Unterbekleidung, Futter für Oberbekleidung oder Sportbekleidung eingesetzt werden. Die thermisch und/oder elektrisch isolierenden Bekleidungsstücke werden häufig zusammen mit anderen thermisch und/oder elektrisch isolierenden Bekleidungsstücken getragen, wobei die Schutzwirkungen von Unter- und Oberbekleidung sich zur gesamten thermischen Isolationswirkung addieren. Insbesondere können für die Unterbekleidung sogenannte Langarm-Shirts und lange Unterhosen (Longjohn's) sowie gestrickte Textilien als Futter für Oberbekleidung eingesetzt werden. Für die Herstellung von Sportbekleidung ist vor allem die thermische Isolierwirkung der textilen Materialien aus Garnen mit niedrigem Drehungsbeiwert von Vorteil.
Bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung wird ein textiles Flächenmaterial eingesetzt, das mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens hergestellt ist. Besonders bevorzugt kann das textile Flächenmaterial nach dem sogenannten Spinit-Verfahren hergestellt werden, das ein kombiniertes Spinn-Strick-Verfahren ist, das z. B. auf Spinn-StrickMaschinen der Firma Mayer & Cie GmbH & Co. KG durchgeführt werden kann. Bei diesem kombinierten Spinn-Strick-Verfahren werden beide Verfahrensschritte des Spinnens des Garns und des Strickens in einen einzigen kontinuierlichen Prozess integriert, wobei aus einer Lunte, einem Vorgarn, in dem bereits die Fasern für das textile Flächenmaterial vorhanden sind, vor der Maschenbildung in einem Streckwerk auf die gewünschte Feinheit gestreckt werden und dann in einem nachgeschalteten weiteren Schritt auf der gleichen Maschine oder einer nachgelagerten Strickmaschine wie im Falle von Spinnstrickmaschinen der Fa. Terrot GmbH zu Maschen verarbeitet werden. Bei dieser neuartigen Stricktechnologie werden keine Garne mit herkömmlichen helixförmig gewundenen Fasern, sondern zu einem Faserstrom aufgelöste Fasern mit definierten Eigenschaften drehungslos oder mit sehr geringer Drehung zu einem Gestrick vermascht. Die Herstellung von textilen Materialien mit einem geringen Drehungsbeiwert und in der Folge fehlender oder sehr geringer Drehung im Garn wird beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2004/079068 A2 , WO 2007/093165 A2 bzw. WO 2007/093166 A2 beschrieben, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Es sei besonders darauf hingewiesen, dass das Verfahren aufgrund der in der Spinnerei eingesparten Prozeßschritte Spinnen und Spulen ökologisch besonders nachhaltig einzustufen ist. Aufgrund der Flexibilität, aus einem Vorgarn in weiten Bereichen beliebig schwere Gestricke herzustellen kann mit deutlich weniger Material als gebundenem Kapital gearbeitet werden.
Die Vermaschung kann beispielsweise mit nachgeschalteten Flach- oder Rundstrickmaschinen erfolgen, die als Rechts/Rechts-, Rechts/Links- oder Links/Links-Rundstrickmaschinen ausgebildet sein können. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Verwendung kann das textile Flächenmaterial als Gewebe, Gewirke, Gestrick, Gelege oder Vlies, bevorzugt als Gestrick, weiter bevorzugt als Single-Jersey-Gestrick hergestellt werden.
Dabei ist ein Single-Jersey-Gestrick ein besonders einfach und daher kostengünstig herzustellendes Gestrick, bei dem abwechselnd rechte und linke Maschen verstrickt werden, was vorteilhaft für die Dehnbarkeit des textilen Flächenmaterials ist.
Weiterhin können bei erfindungsgemäßen Verwendungen das textile Flächenmaterial ein aus Stapelfasern hergestelltes Gestrick aus Garnen mit geringem Drehungsbeiwert sein, dessen Maschen aus den Stapelfasergarnen gebildet sind. Die Faserlängen bewegen sich dabei im Bereich der klassischen Baumwollspinnerei sowie der Wollspinnerei im beide umfassenden Bereich zwischen 20 bis 140 mm Faserlänge, bei Verwendung von Chemiefasern vornehmlich um die Mittelwerte 38 sowie 51 mm Faserlänge. Die Verwendung von Stapelfasern sorgt aufgrund des spezifischen Haarigkeitscharakters der daraus hergestellten textilen Flächen für ein behagliches physiologisches Körperempfinden.
Bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung wird ein textiles Flächenmaterial verwendet, dessen Fasern ausgewählt sind aus: Polyamiden, insbesondere Polyaramiden wie meta-Aramid, para-Aramid, Polyacrylnitrilen, Polymethylmethacrylaten, Polybenzimidazolen (PBI-Fasern), Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO-Fasern), Cellulose-Fasern, z.B. Modalfasern sowie entsprechenden Copolymeren oder Mischungen, bevorzugt Polyaramiden. Derartige Fasern sind besonders hitzebeständig und auch elektrisch isolierend. Beispielsweise können Fasermischungen verschiedene Gewichtsanteile an Aramidfasern, sowie modifizierten flammhemmend eingestellten Viscose- und Acrylfasern umfassen. Kommerziell erhältliche Beispiele geeigneter Fasern sind z.B. Nomex^® MHP der Firma DuPont mit 34% Meta-Aramid, 33% Lyocell, 31% Modacryl und 2% antistatischer Faser oder Tencasafe^® der Firma Tencate mit 45-48 % Modacryl, 35-37% Lyocell sowie 15-20% Aramidfasern.
Die Acrylfasern sind Mischungen aus Polyacrylnitril und Polymethylmethacrylat. Andere mögliche Fasermischungen umfassen beispielsweise meta-Aramide, para-Aramide sowie Antistatikfasern, beispielsweise die Fasermischungen Nomex^® Comfort E502 ecru oder Nomex^® Comfort N 307 (spinngefärbt) von DuPont. Derartige Fasern und Fasermischungen sind besonders geeignet, zu thermisch und/oder elektrisch isolierenden Kleidungsstücken verarbeitet zu werden.
Der Wärmedurchgangswiderstand des textilen Flächenmaterials kann dabei wesentlich höher als bei herkömmlichen Textilien liegen, deren Garne mit hohem Drehungsbeiwert versponnen wurden und kann insbesondere im Bereich von 15 bis 25 × 10^-3 m²K/W liegen. Diese Werte sind, wie bereits oben beschrieben, um bis zu 30% gegenüber herkömmlichen textilen Materialien verbessert.
Weiterhin kann auch der Wasserdampfdurchgangswiderstand des textilen Flächenmaterials gegenüber dem Wasserdurchgangswiderstand von herkömmlichen textilen Materialien um bis zu 10 bis 20% erhöht sein und beispielsweise im Bereich von 4 bis 8 m²Pa/W liegen.
Aufgrund der auch elektrisch isolierenden Lufteinschlüsse lässt sich aus dem textilen Flächenmaterial auch Schutzbekleidung gegen elektrische Störlichtbögen herstellen, wobei das textile Flächenmaterial im Störlichtbogentest gegenüber klassischen aus gedrehten Garnen hergestellten textilen Flächen auffallend gute Charakterisierungen erhält. So wurden bei dem erfindungsgemäßen Material ein Hitzeabschwächungsfaktor HAF (Heat Attenuation Factor) von zumindest 70% und ein ATPV-Wert (Arc Thermal Performance Value) von 7 cal/cm², bevorzugt 8, weiter bevorzugt zumindest 9 cal/cm²gefunden. Die gefundenen Werte sicheren Bestehens der Vorgaben zeigen die guten elektrisch isolierenden Eigenschaften des Textils. Der Störlichtbogentest kann insbesondere nach den Normen ASTM F1959/F und 1959 M-14 A1 durchgeführt werden.
Die Porosität des erfindungsgemäß eingesetzten textilen Flächenmaterials ist aufgrund der wegen des geringen Drehungsbeiwerts parallel oder nahezu parallel liegenden Fasern im Vergleich zu einem Gestrick auf einem klassischen Garn oder Filament in Bezug auf die Porengrößenklassen anders verteilt, so dass die mittlere Porengröße geringer ist als bei einem aus einem Garn oder Filament mit hohem Drehungsbeiwert von insbesondere 80 bis 180 hergestelltem Material. Die mittlere Porengröße des textilen Flächenmaterials kann dabei um bis zu 10 bis 20% niedriger liegen als bei herkömmlichen entsprechenden Materialien und insbesondere bei Werten zwischen 40 µm bis 80 µm liegen. Die mittlere Porengröße kann dabei mit Hilfe eines Coulter Porometers in Anlehnung an die Normen DIN58355 Teil 2 oder ASTM F 316-03 bestimmt werden.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Verwendung kann das textile Flächenmaterial insbesondere einlagig ausgebildet sein. Wie bereits oben beschrieben, bilden sich innerhalb des textilen Flächenmaterials aufgrund seiner Porengrößenverteilung Lufteinschlüsse, die zur thermischen und/oder elektrischen Isolationswirkung des Materials beitragen. Somit ist die Ausbildung von mehrlagigen Textilien, wobei sich dann Einschlüsse zwischen einzelnen Textilienlagen ausbilden, nicht notwendig, so dass erfindungsgemäß besonders günstig und einfach elektrisch und/oder thermisch isolierende einlagige Bekleidungsstücke hergestellt werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch ein thermisch und/oder elektrisch isolierendes Kleidungsstück, insbesondere Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung, umfassend, oder bestehend aus einem textilen Flächenmaterial mit Stapelfasergarnen mit sehr niedrigem Drehungsbeiwert von spinnalphametrisch 0-10. Alle bereits oben in Bezug auf die Verwendung des textilen Flächenmaterials genannten Merkmale lassen sich auch bei dem erfindungsgemäßen Kleidungsstück verwirklichen, beispielsweise die Ausgestaltung des Kleidungsstücks als Unterbekleidung, Futter für Oberbekleidung oder Sportbekleidung. Das Flächengewicht des Kleidungsstücks kann dabei zwischen 80 bis 450 g/m² liegen, vorzugsweise für Futterstoffe im Bereich zwischen 80 und 120 g/m², für Unterwäsche im Bereich zwischen 100 und 160 g/m², für Anwendungen in Außenlagen im Bereich zwischen 200 und 400 g/m², vornehmlich 200 - 260 g/m².
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren noch näher erläutert werden. Es zeigen:

1 zeigt schematisch eine kombinierte Spinn-Strick-Anlage, auf der die erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterialien gefertigt werden können.
2A zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines herkömmlichen textilen Flächenmaterials, bei dem Garne mit hoher Verdrehung während der Vermaschung eingesetzt wurden.
2B zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen textilen Flächenmaterials, bei dem die einzelnen Garne mit einer geringen Verdrehung (spinnalphametrisch) hergestellt wurden.
3 zeigt ein Diagramm, bei dem der Wasserdampfdurchgangswiderstand verschiedener herkömmlicher und erfindungsgemäß verwendeter Materialien aufgeführt ist.
4 zeigt die verschiedenen Wärmedurchgangswiderstände von herkömmlichen und erfindungsgemäß verwendeten Materialien.
5 zeigt ein Diagramm, in dem die mittleren Porengrößen in µm für verschiedene herkömmliche und erfindungsgemäß verwendete Materialien aufgeführt sind.

In 1 ist schematisch ein kombiniertes Spinn-Strick-Verfahren gezeigt, bei dem mit einer Luntenvorlage 50, in der die bereits oben erwähnten besonders hitzebeständigen und elektrisch leitfähigen bzw. elektrostatisch ableitenden Fasern vorhanden sind, eine Lunte, ein Vorgarn 60 abgewickelt wird, das dann an einem Sensor 55 vorbei in einem Dreiwalzenstreckwerk 70 zu einer gewünschten Feinheit verstreckt werden kann. Über die Injektordüse 80 werden dann das Garn 10 mittels einer Falschdralldüse 100 mit keiner bzw. geringer Verdrehung erzeugt, das dann anschließend in einer Strickmaschine 90, beispielsweise einer Rund- oder einer Flächenstrickmaschine zu einem erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterial verarbeitet werden können.
2A zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines herkömmlichen textilen Trägermaterials, bei dem Fasern 26 in ein Garn 10 eingesponnen und schließlich verstrickt wurden. Dabei wurde das Garn 10 mit einer hohen Verdrillung der einzelnen Fasern 26 gebildet, wobei die üblichen Drehungsbeiwerte im Bereich von alpha _(metr) 60 bis 140 liegen. Deutlich ist dabei zu erkennen, dass zwischen den Garnen große offene Poren 36 vorhanden sind. Ein derartiges Material neigt aufgrund der hohen Verdrillung zu einer hohen Ausbeulneigung und weist weiterhin aufgrund der Porengrößenverteilung einen geringeren Luftdurchgangswiderstand auf.
Im Gegensatz dazu zeigt 2B eine mikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterials, bei dem verschiedene temperaturbeständige Fasern 25 und 24 in einzelnen Garnen 10 und 20 verarbeitet sind. Aufgrund der geringen Drehung, spinnalphametrisch 0 bis 10 der Fasern, resultieren Garne, bei denen die Fasern annähernd parallel ausgerichtet sind, wobei eine Vielzahl von Zwischenräumen 35 vorhanden ist, die im Vergleich zu herkömmlichen Verstärkungsmaterialien mit hohem Drehbeiwert wesentlich kleiner sind. Ein derartiges Material weist aufgrund der geringen Verdrillung eine niedrigere Ausbeulneigung auf, hat aber weiterhin einen höheren Luftdurchgangswiderstand, was die thermische und/oder elektrische Isolierwirkung eines derartigen Materials gegenüber herkömmlichen Materialien erhöht.
Ausführungsbeispiele:

Es wurden Gestricke als Single-Jersey-Gestricke hergestellt, die sowohl mittels herkömmlicher Strickverfahren aus Garnen mit hohem Drehungsbeiwert, bzw. mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens aus Garnen mit niedrigem Drehungsbeiwert zwischen 0 und 10 vermascht wurden. Im Einzelnen wurden folgende Gestricke hergestellt:

Bezeichnung	Faser-Material	Flächengewicht	Gestrick
MT1	Nomex^® MHP	197,0 g/m²	Single-Jersey
MT2	Nomex^® Comfort E502 écru	119,0 g/m²	Single-Jersey
Spinit 1	Nomex^® MHP	196,0 g/m²	Single-Jersey
Spinit 2	Nomex^® Comfort E502 6cru	119,7 g/m²	Single-Jersey

Die mit „MT1“ und „MT2“ bezeichneten Gestricke wurden dabei mittels herkömmlicher Strickverfahren mit klassisch gesponnenen Garnen gefertigt, deren Fasern einen hohen Drehungsbeiwert aufweisen. Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele „Spinit 1“ und „Spinit 2“ wurden mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens durchgeführt, bei dem Garne mit niedrigem Drehungsbeiwert zur Fertigung des Textils verwendet wurden.
Bei den Varianten MT1 und MT2 liegt der Drehungsbeiwert alpha _(metr) bei 90, die Varianten Spinit1 und Spinit2 haben einen aus der Luntendrehung von (30 tpm) geteilt durch den Verzug im Streckwerk (40-fach) berechneten Drehungsbeiwert von 0,6.
Das mit Nomex^® MHP bezeichnete Fasermaterial ist ein Fasermaterial, das besonders feuer- und hitzebeständig ist (MHP = „Multi-Hazard Protection“). Es umfasst 34% meta-Aramid, 33% einer Lyocell-Faser, 31% einer modifizierten Acrylfaser (Modacrylfaser, bzw. copolymere Acrylfasern mit flammhemmenden Eigenschaften) sowie 2% einer AntistatikFaser. Das Fasermaterial „Nomex® E502 ecru“ der Firma DuPont enthält 93% meta-Aramid, 5% para-Aramid und 2% einer Antistatikfaser
Bestimmung des Wasserdampfdurchgangswiderstandes R_ET:
Die oben in der Tabelle beschriebenen zu untersuchenden Proben werden mittels Permetester in Anlehnung an DIN EN ISO 11092 untersucht. Bei der Ermittlung des Wasserdampfdurchgangswiderstandes wird eine Rundprobe von 140 mm Durchmesser mit der Hautseite (Unterseite) zur Prüffläche über den Messkopf gespannt. Unter der Probe befindet sich in einem definierten Abstand ein beheizbarer und benetzbarer Kupferzylinder. Die Probe wird an ihrer Oberseite einem Luftstrom (Laborklima) ausgesetzt. Aufgrund des Wasserdampfpartialdruckgefälles (gesättigt gegenüber Raumklima) fließt ein Wasserdampfdiffusionsstrom vom Messkopf durch die Probe in den Strömungskanal. Die bewegte Luft begünstigt diesen Vorgang. Der Wasserdampfdurchgangswiderstand RET wird in m²Pa/W berechnet. Die Luftströmungsgeschwindigkeit beträgt 1 m/s und die Messkopf- und Lufttemperatur betragen 22 °C. Als Prüflösung wird bidestilliertes Wasser mit 0,1% Netzmittel verwendet. Von jeder Laborprobe werden fünf Messproben geprüft, wobei in der 3 der Mittelwert der fünf Messproben angegeben wird.
Der Wasserdampfdurchgangswiderstand RET ist eine für textile Materialien oder Materialkombinationen spezifische Größe, die den „latenten“ Verdampfungswärmefluss durch eine vorgegebene Fläche in Reaktion auf einen stetig einwirkenden Wasserdampfdruckgradienten bestimmt. Je geringer der Wasserdampfdurchgangswiderstand RET ist, desto atmungsaktiver ist ein Material. Um eine Einteilung der R_ET-Werte in Klassen zu ermöglichen, die sich an der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit des Wasserdampfdurchgangswiderstandes orientieren, wurde das Verfahren zur Bestimmung des Wasserdampfdurchgangswiderstandes durch ein weiteres Verfahren erweitert. Bei diesem wurden Testpersonen mit Bekleidungen aus den zuvor getesteten Materialien aufgefordert, sich für einen längeren Zeitraum auf einem Laufband körperlich zu verausgaben und anschließend die Atmungsaktivität des Materials zu beurteilen. Aus den Ergebnissen dieser Ergänzungsstudie wurde eine Komfortskala zur Einteilung der R_ET-Werte entwickelt.

Die R_ET-Komfortskala enthält Werte in einem Bereich von 0 bis 50+, die in vier Komfortklassen eingeteilt sind. Die Einteilung in Komfortklassen orientiert sich dabei an der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit von Unterschieden hinsichtlich des Wasserdampfdurchgangswiderstands:

R_ET 0 - 6 m²Pa/W:	stark atmungsaktiv selbst bei erhöhter körperlicher Anstrengung
R_ET 6 - 13 m²Pa/W:	gute Atmungsaktivität auch bei leichter körperlicher Anstrengung
R_ET 13 - 20 m²Pa/W:	geringfügig atmungsaktiv soweit keine körperliche Belastung vorliegt
R_ET 20 und höher m²Pa/W:	atmungsaktiv nur im Ruhezustand ohne körperliche Anstrengung.

3 zeigt die Mittelwerte der fünf Messungen des Wasserdampfdurchgangswiderstandes RET jeweils für ungewaschene Gewebe, „MT1“, „Spinit 1“, „MT5“ und „Spinit 2“, sowie für die entsprechenden dreimal gewaschenen Gewebe. Auf der y-Achse ist der Wasserdampfdurchgangswiderstand in m²Pa/W aufgetragen. Deutlich ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Gestricke Spinit 1 und Spinit 2 gegenüber den jeweiligen herkömmlichen Referenzgestricken erhöhte Wasserdampfdurchgangswiderstände bei etwa gleichen Flächengewichten aufweisen. Von Testern wurden alle Gestricke im Bereich RET 0 - 6 m²Pa/W beurteilt, was bedeutet, dass alle Gestricke selbst bei erhöhter körperlicher Anstrengung stark atmungsaktiv sind. Somit weisen Kleidungsstücke aus erfindungsgemäß verwendeten textilen Flächenmaterialien mit Garnen mit niedrigem Drehungsbeiwert einen erhöhten Wasserdampfdurchgangswiderstand im Vergleich zu herkömmlichen Materialien auf, was den höheren thermischen Isolationswert bezüglich Wärme und Kälte belegt, gleichzeitig werden diese Materialien aber nach wie vor als stark atmungsaktiv empfunden.
Bestimmung des Wärmedurchgangswiderstandes R_CT:
Die oben in der Tabelle aufgelisteten Proben wurden mittels Permetester in Anlehnung an DIN EN ISO 11092 untersucht.
Bei der Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstandes wird eine Rundprobe von 140 mm Durchmesser mit der Hautseite (Unterseite) zur Prüffläche über den Messkopf eingespannt. Unter der Probe befindet sich in einem definierten Abstand ein beheizbarer und benetzbarer Kupferzylinder. Die Messprobe wird einer konstanten Temperaturdifferenz von 10 Kelvin ausgesetzt, was bedeutet, dass bei einer Labortemperatur von 23 °C eine Messkopftemperatur von 33 °C eingestellt wird.
Die Probe wird an ihrer Oberseite einem Luftstrom (Laborklima) ausgesetzt. Mittels Wärmeflusssensor wird der Wärmestrom ermittelt, welcher vom Messkopf durch die Probe fließt. Der Wärmedurchgangswiderstand RCT wird in m²K/W berechnet. Die Luftströmungsgeschwindigkeit beträgt 1 m/s und von jeder Laborprobe werden fünf Messproben geprüft, wobei in der 4 der Mittelwert von jeweils fünf Messproben aufgeführt ist.
Durch eine Materialschicht fließt bei unterschiedlichen Oberflächentemperaturen ein Wärmestrom. Er ist umso geringer, je größer der Wärmedurchgangswiderstand der Schicht ist. Der Wärmedurchgangswiderstand ist abhängig von Materialart, speziell von der Wärmeleitfähigkeit und der Schichtdicke des Materials. Der Bemessungswert des Wärmedurchlasswiderstandes gibt an, welcher Widerstand von einer Stoffschicht gegenüber dem abfließenden Wärmestrom unter spezifischen Einbaubedingungen als typisch betrachtet werden kann. Der Bemessungswert des Wärmedurchlasswiderstandes berechnet sich aus der Dicke d einer homogenen Stoffschicht geteilt durch den Bemessungswert für die Wärmeleitfähigkeit dieser Stoffschicht.
In 4 ist der Wärmedurchgangswiderstand RCT der herkömmlichen Materialien MT1 und MT5 im ungewaschenen und im dreimal gewaschenen Zustand den entsprechenden erfindungsgemäß verwendeten Spinit 1 und Spinit 2-Gestricken gegenübergestellt. Auf der y-Achse ist der Wärmedurchgangswiderstand in 10^-3 m²K/W angegeben. Deutlich ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Spinit 1- und Spinit 2-Gestricke jeweils erheblich höhere Wärmedurchgangswiderstände als die jeweiligen Referenzmaterialien aufweisen. Diese Werte können um bis zu 30% höher sein. Somit weisen die erfindungsgemäß verwendeten Materialien in Schutzbekleidungen einen erheblich höheren Wärmedurchgangswiderstand R_CT auf, der auf den hohen Anteil an Makroporen und der darin eingeschlossenen Luftpolster der Materialien zurückzuführen ist.
Bestimmung der Porengröße:
Die Bestimmung der Porengröße erfolgte mit dem „Coulter Porometer“ nach dem Bubble-Point-Verfahren, das auf dem Prinzip des Blasendruck-Verfahrens in Anlehnung an DIN 58355 Teil 2 oder ASTM F 316-03 beruht. Die vollständig mit einer Prüfflüssigkeit getränkte Probe wird in eine Probenhalterung eingelegt. Auf der horizontal liegenden Probe wird dann ein Gaspolster aufgebaut, dessen Druck kontinuierlich erhöht wird. Es wird ermittelt, bei welchem Druck die erste Gasblase durch die Probe hindurchtritt. Daraus wird dann automatisch der Porendurchmesser berechnet. Als Kennwert dient der mittlere Porendurchmesser in µm.
In 5 wird der ermittelte mittlere Porendurchmesser für die erfindungsgemäß verwendeten Gestricke Spinit 1 und Spinit 2 den jeweils herkömmlichen Gestricken MT1 und MT2 im ungewaschenen sowie im dreimal gewaschenen Zustand gegenübergestellt. Auf der y-Achse ist die mittlere Porengröße in µm aufgetragen. Deutlich ist zu erkennen, dass die mittlere Porengröße der herkömmlichen Gestricke größer ist als die mittlere Porengröße der erfindungsgemäß verwendeten Gestricke. Dies ist auf den hohen Anteil der Mesoporen bei den aus klassischen Garnen mit hoher Drehung hergestellten Gestricken und die besondere Porengrößenverteilung in den Spinit-Gestricken mit niedrigem Drehungsbeiwert zurückzuführen.
Störlichtbogentest (ATPV):
Bei einer ersten Prüfung an einem 237 g/m² schweren Spinit-Gestrick aus Nomex^® MHP konnte die Probe in einem zertifizierten Testprüfungslabor mit einem Prüfresultat von 8,4 Kalorien/cm² und einem Heat-Attenuation-Faktor (HAF) von 76% sehr gut abschneiden. Der Test wurde gemäß der Norm ASTM F 1959 / F 1959 M-14A1 durchgeführt.
Die oben dargestellten Messwerte zeigen deutlich, dass die textilen Flächenmaterialien mit niedrigem Drehungsbeiwert der Garne im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Materialien einen vergleichbaren Tragekomfort (Atmungsaktivität) aufweisen, dabei aber aufgrund der in diesen Textilien eingeschlossenen Luftvolumina einen erheblich erhöhten Wärmedurchgangswiderstand aufweisen. Daher sind diese Materialien besonders gut geeignet für die Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierenden Bekleidungsstücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20214118 U1 [0003]
WO 2004/079068 A2 [0016]
WO 2007/093165 A2 [0016]
WO 2007/093166 A2 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN-Norm DIN EN ISO 2061 [0012]
EN ISO 14116 [0014]
EN 14058 [0014]
ISO 6942:2002 [0014]
ISO 9151:1995 [0014]
EN ISO 11612 [0014]
DIN EN ISO 11092 [0036, 0040]

Claims

Verwendung eines textilen Flächenmaterials, umfassend Stapelfasergarne mit sehr niedrigem Drehungsbeiwert von spinnalphametrisch 0-10, zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung, insbesondere Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung.
Verwendung nach Anspruch 1 zur Herstellung von thermisch und/oder elektrisch isolierender Bekleidung gemäß zumindest einer der folgenden Normen: ISO 6942:2002, ISO 9151:1995, EN ISO 11612, EN ISO 14116, EN 469, EN 511:2006, EN 14058 oder EN 61482.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 zur Herstellung von Unterbekleidung, Futter für Oberbekleidung oder Sportbekleidung.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das textile Flächenmaterial mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens hergestellt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das textile Flächenmaterial als Gewebe, Gewirke, Gestrick, Gelege oder Vlies, bevorzugt als Gestrick, weiter bevorzugt als Single-Jersey-Gestrick hergestellt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das textile Flächenmaterial ein aus Stapelfasern hergestelltes Gestrick ist, dessen Maschen aus den Stapelfasergarnen gebildet sind.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fasern ausgewählt sind aus: Polyamiden, insbesondere Polyaramiden (meta-Aramid, para-Aramid), Polyacrylnitrilen, Polybenzimidazolen (PBI-Fasern), Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO-Fasern), Polyacrylnitrilen, Cellulose-Fasern sowie entsprechenden Copolymeren, bevorzugt Polyaramiden.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wärmedurchgangswiderstand des textilen Flächenmaterials im Bereich von 15 bis 25×10^-3 m²K/W liegt.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Wasserdampfdurchgangswiderstand des textilen Flächenmaterials im Bereich von 4 bis 8 m² Pa/W liegt.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das textile Flächenmaterial im Störlichtbogentext einen Hitzeabschwächungsfaktor HAF (heat attenuation factor) von zumindest 70% und einen ATPV-Wert (Are Thermal Performance Value) von mindestens 7 cal/cm², bevorzugt mindestens 8, weiter bevorzugt mindestens 9 cal/cm²aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die mittlere Porengröße des textilen Flächenmaterials zwischen 40 µm bis 80 µm liegt.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das textile Flächenmaterial einlagig ausgebildet ist.
Thermisch und/oder elektrisch isolierendes Kleidungsstück, insbesondere Arbeitsschutzbekleidung oder Sportbekleidung, umfassend ein textiles Flächenmaterial mit Stapelfasergarnen mit sehr niedrigen Drehungsbeiwert von spinnalphametrisch 0-10.
Thermisch und/oder elektrisch isolierendes Kleidungsstück nach Anspruch 13 gemäß zumindest einer der folgenden Normen: ISO 6942:2002, ISO 9151:1995, EN ISO 11612 oder EN 61482.
Kleidungsstück nach einem der Ansprüche 13 oder 14, ausgestaltet als Unterbekleidung, Futter für Oberbekleidung oder Sportbekleidung.
Kleidungsstück nach einem der Ansprüche 13 bis 15, das ein Flächengewicht von 80 - 350 g/m² aufweist.