DE102021005039A1

DE102021005039A1 - Auxetic textile composite structure

Info

Publication number: DE102021005039A1
Application number: DE102021005039.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt Erfinder
Original assignee: Strick Zella & Co KG GmbH
Current assignee: Strick Zella & Co KG GmbH
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Textiles Verbundmaterial 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich ein Abstandsgestrick oder Abstandsgewirk oder Abstandsgewebe 20 enthält, das geeignet verteilte und geformte Öffnungen 21 aufweist, so dass dieser Bereich auxetisches Verhalten aufweistTextile composite material 10, characterized in that at least one region contains a spacer knit or spacer fabric or spacer 20, which has suitably distributed and shaped openings 21, so that this region has auxetic behavior

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges textiles Verbundmaterial, ein Verfahren zu dessen Herstellung und unter Verwendung eines textilen Verbundmaterials hergestellte Protektoren zum Schutz von Körperteilen, die durch gekrümmte Oberfläche gekennzeichnet sind, wie z.B. Kopf, Knie oder Ellenbogen, gegen mechanische Einwirkungen.The invention relates to a multi-layer textile composite material, a method for its production and protectors produced using a textile composite material for protecting body parts which are characterized by curved surfaces, such as the head, knees or elbows, against mechanical impacts.

Zur Versteifung und zum Schutz gegen Schlag und Stoß werden in Kleidungsstücke meist Kunststoffteile in Form von Schaumstoffen, Spritzgussteilen oder auch extrudierten Teilen als Füllstoff verwendet, um damit sensible Körperteile gegen mechanische Einwirkungen von außen zu schützen. Diese Kunststoffteile werden zumeist in Taschen eingenäht. Diese textilen Protektoren finden Anwendung als Ellenbogen- oder Schienbeinschützer und auch als Schutzmützen im medizinischen Bereich, um z.B. den Kopf sturzgefährdeter Epileptiker oder Senioren zu schützen. Diese Kunststoffmaterialien, meist Schäume, haben den Nachteil, dass ihre Dämpfungswirkung stark temperaturabhängig ist. Schäume können bei höheren Temperaturen weich werden. Sie weisen meist eine sehr geringe Atmungsaktivität auf und können Feuchtigkeit, also z.B. Schweiß nicht von der Haut weg transportieren. Insgesamt weisen Protektoren, die aus diesen Kunststoffmaterialien hergestellt sind, einen schlechten Tragekomfort auf.Plastic parts in the form of foam, injection molded parts or extruded parts are usually used as fillers in clothing for stiffening and protection against impact and impact, in order to protect sensitive parts of the body against external mechanical influences. These plastic parts are usually sewn into pockets. These textile protectors are used as elbow or shin guards and also as protective caps in the medical field, e.g. to protect the heads of epileptics or senior citizens who are at risk of falling. These plastic materials, mostly foams, have the disadvantage that their damping effect is highly temperature-dependent. Foams can become soft at higher temperatures. They usually have very low breathability and cannot transport moisture, e.g. sweat, away from the skin. Overall, protectors made from these plastic materials are not very comfortable to wear.

Diesbezüglich wesentlich besser verhalten sich Protektoren, die auf sogenannten Abstandsgestricken bzw. -gewirken und -geweben basieren. Es handelt sich dabei um Gestricke bzw. Gewirke oder Gewebe, bei denen mindestens zwei Flächen (Deckflächen) durch ein System von druckelastischen Polfäden miteinander verbunden sind. Die Polfäden halten die Deckflächen auf einen definierten Abstand. Die Vorteile einer solchen, dreidimensionalen Struktur liegen unter anderem im Tragekomfort, der Atmungsaktivität und dem Feuchtetransport. Sie lassen sich außerdem leicht reinigen. Durch Variation der eingesetzten Garne gibt es zahlreiche optische und funktionale Gestaltungsmöglichkeiten dieser 3D-Gestricke bzw. -Gewirke oder Gewebe.In this regard, protectors that are based on so-called spacer knitted or knitted fabrics and fabrics behave much better. These are knitted or knitted fabrics or fabrics in which at least two surfaces (cover surfaces) are connected to one another by a system of pressure-elastic pile threads. The pile threads keep the cover surfaces at a defined distance. The advantages of such a three-dimensional structure include comfort, breathability and moisture transport. They are also easy to clean. By varying the yarns used, there are numerous visual and functional design options for these 3D knitted or knitted fabrics.

Für den Einsatz als Protektoren ist es wichtig, eine optimale Passform zu erzielen. Dadurch wird nicht nur der Tragekomfort optimiert, auch die Wirkung als Protektor ist an eine gute Passform gebunden.For use as protectors, it is important to achieve an optimal fit. This not only optimizes the wearing comfort, but also the effect as a protector is linked to a good fit.

In DE 102009015369 und in der Bachelor Arbeit von Cordula Brenzei (Fachhochschule Köln) werden dem Stand der Technik gemäße Verfahren zur Herstellung formgerechter Abstandsgestricke beschrieben. Dadurch entsteht die Möglichkeit, versteifte Bereiche in das Kleidungsstück in einem Arbeitsgang und ohne zusätzlichen Konfektionsaufwand einzustricken. Durch das Einarbeiten von Sollknickstellen kann eine gewisse Drapierung, z.B. eines Kniegelenks erreicht werden.In EN102009015369 and in the bachelor's thesis by Cordula Brenzei (Cologne University of Applied Sciences), state-of-the-art processes for the production of spacer fabrics that are true to shape are described. This creates the possibility of knitting stiffened areas into the garment in one operation and without additional manufacturing effort. A certain draping, eg of a knee joint, can be achieved by incorporating predetermined kinks.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, wie eine wesentlich bessere Drapierung zweifach gekrümmter Körper durch geeignet strukturierte Abstandsgestricke / -gewirke /-gewebe erreicht werden kann. Sie lässt sich vor allem auch auf thermisch modifizierte oder auch mehrlagig laminierte Abstandgestricke / - gewirke /-gewebe anwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich sowohl auf als Meterware hergestellte Abstandsgestricke und -gewirke/-gewebe als auch auf Abstandsgestricke anwenden, die (flach)stricktechnisch in Kleidung integriert sind.The present invention describes a method by which a significantly better draping of double-curved bodies can be achieved by suitably structured spacer knitted fabrics/knitted fabrics/knitted fabrics. Above all, it can also be used on thermally modified or multi-layer laminated spacer knitted fabrics/knitted fabrics. The method according to the invention can be applied both to spacer knitted fabrics and knitted fabrics/woven fabrics produced by the meter and to spacer knitted fabrics that are (flat) knitted into clothing.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Tatsache zugrunde, dass ein Körper mit zweifach gekrümmter Oberfläche optimal durch eine auxetisch strukturierte Fläche drapiert werden kann. Ein Algorithmus zur Erzeugung solcher drapierender Flächen mit auxetischen Materialien ist z.B. in Mina Konakovic-Lukovic, Julian Panetta, Keenan Crane, and Mark Pauly. 2018. Rapid Deployment of Curved Surfaces via Programmable Auxetics. ACM Trans. Graph. 37, 4, Article 106 (August 2018), 13 pages. https://doi.org/ 10.1145/3197517.3201373 oder auch Mina Konakovic et al, Beyond Developable: Computational Design and Fabrication with Auxetic Materials https://doi.org/ 10.1145/3197517 beschrieben.The method according to the invention is based on the fact that a body with a doubly curved surface can be optimally draped by an auxetically structured surface. An algorithm for creating such draping surfaces with auxetic materials is e.g. in Mina Konakovic-Lukovic, Julian Panetta, Keenan Crane, and Mark Pauly. 2018. Rapid Deployment of Curved Surfaces via Programmable Auxetics. ACM Trans. Graph. 37, 4, Article 106 (August 2018), 13 pages. https://doi.org/ 10.1145/3197517.3201373 or Mina Konakovic et al, Beyond Developable: Computational Design and Fabrication with Auxetic Materials https://doi.org/ 10.1145/3197517.

Auxetische Materialien sind dadurch gekennnzeichnet, dass ihre Querkontraktionszahl (Poissonzahl) einen negativen Wert aufweist. Bei auxetischen Materialien erfolgt bei einer Dehnung in einer lateralen Richtung eine Dehnung in der dazu senkrechten Richtung. Die einfachste auxetische Struktur ist die sog. Honigwaben - Struktur. Zweidimensionale auxetische Strukturen lassen sich dadurch erzeugen, dass man identisch geformte, in der Regel unterschiedlich große Öffnungen in die Fläche so einschneidet, dass Gelenkstellen entstehen, die Zugkräfte um 90° umlenken können. Das Einschneiden dieser Öffnungen in die Fläche kann z.B. durch Laserschneiden, Stanzen oder 3D Druck erfolgen. Durch geeignete Verteilung dieser Öffnungen kann nun wie in der o.g. Literatur beschrieben jeder Körper mit einer gekrümmten Oberfläche drapiert, d.h. eingehüllt werden. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, wie sich dieses Verfahren auf flächig hergestellte Abstandsgestricke bzw. -gewirke/-gewebe anwenden lässt, ohne dass die vorteilhaften Eigenschaften der Abstandsgestricke bzw. -gewirke/-gewebe dadurch beeinträchtigt werden. Entscheidend ist dabei, dass sich beim Einschneiden der Öffnungen in die gestrickte oder gewirkte Abstandsstruktur die Polfäden nicht aus dem verbleibenden Gestrick bzw. Gewirk herauslösen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebene Lehre gelöst. Sie besteht darin, dass die durch einen Algorithmus oder iterativ ermittelte den gekrümmten Körper optimal drapierende auxetische Struktur in das Abstandsgestrick /-gewirk/-gewebe eingestickt wird. Als Stickgarn kann ein Kevlar - Garn verwendet werden. Anschließend werden die Öffnungen z.B. mit einem Laser oder einem Stanzwerkzeug herausgeschnitten. Besteht die Abstandsstruktur aus niedrig schmelzenden Garnen, genügt es, Deckflächen und Polfäden der Abstandsstruktur um die Öffnungen herum derart aufzuschmelzen, dass sich die Polfäden nicht mehr herauslösen können.Auxetic materials are characterized by having a negative Poisson's ratio. For auxetic materials, when stretched in a lateral direction, strain occurs in the direction perpendicular thereto. The simplest auxetic structure is the so-called honeycomb structure. Two-dimensional auxetic structures can be created by cutting identically shaped, usually differently sized openings into the surface in such a way that joints are created that can deflect tensile forces by 90°. These openings can be cut into the surface, for example, by laser cutting, punching or 3D printing. By appropriately distributing these openings, any body with a curved surface can now be draped, ie encased, as described in the above-mentioned literature. In the following, a method is described as to how this method can be applied to spacer knitted fabrics or knitted fabrics/woven fabrics produced in a planar manner, without the advantageous properties of the knitted fabrics or knitted fabrics/woven fabrics being adversely affected as a result. The decisive factor here is that when the openings are cut into the knitted or warp-knitted spacer structure, the pile threads do not come out detach from the remaining knitted fabric or warp-knitted fabric. This problem is solved by the teaching given in claims 1 and 2. It consists in embroidering the auxetic structure, which is determined by an algorithm or iteratively and optimally draping the curved body, into the spacer knitted fabric. A Kevlar thread can be used as embroidery thread. The openings are then cut out, for example with a laser or a punching tool. If the spacer structure consists of low-melting yarns, it is sufficient to melt the cover surfaces and pile threads of the spacer structure around the openings in such a way that the pile threads can no longer come loose.

Eine Struktur, die dem Kagome - Gitter entspricht ist flexibel genug, um eine Vielfalt von gekrümmten Oberflächen drapieren zu können. Man kann die auxetische Struktur mit Gelenken versehen, die die finale dreidimensionale Struktur stabilisieren. Durch eine geeignete Verteilung der Öffnungen kann die spätere dreidimensionale Struktur in das flache, quasi zweidimensionale Abstandsgestrick einprogrammiert werden. Durch Aufblasen des flachen, auxetisch strukturierten Abstandsgestricks bzw -gewirks oder durch Einwirkung der Schwerkraft auf die Abstandsstruktur kann die finale dreidimensionale Struktur, z.B. der Kopfprotektor, erzeugt werden. Dieser so erzeugte Protektor kann mit einer ästhetisch gestalteten Hülle und einem Futter versehen werden, um das Aussehen und den Tragekomfort zu optimieren. Diese Hülle kann auch als Schutz vor der Einwirkung spitzer Gegenstände und/oder als Schutz vor der Einwirkung von UV-Strahlen auf das Abstandsgestrick / -gewirk /-gewebe gestaltet werden. Das Futter dient auch zur Fixierung des Abstandsgestricks / - gewirks /-gewebe.A structure conforming to the Kagome lattice is flexible enough to drape a variety of curved surfaces. One can add hinges to the auxetic structure that will stabilize the final three-dimensional structure. With a suitable distribution of the openings, the later three-dimensional structure can be programmed into the flat, quasi two-dimensional spacer fabric. The final three-dimensional structure, e.g. the head protector, can be produced by inflating the flat, auxetically structured spacer fabric or knitted fabric or by the effect of gravity on the spacer structure. The protector thus created can be fitted with an aesthetically designed shell and lining to optimize appearance and comfort. This cover can also be designed as protection against the effects of sharp objects and/or as protection against the effects of UV rays on the spacer knitted/knitted fabric/woven fabric. The lining also serves to fix the spacer knitted fabric / knitted fabric / fabric.

Die begleitenden Zeichnungen zeigen:

1 Textiles Verbundmaterial mit auxetisch strukturiertem Abstandsgestrick/- gewirk/-gewebe
2 Strukturierung eines Abstandsgestricks/-gewirks/-gewebes durch Umsticken der Öffnungen und anschließendem Einschneiden mittels eines geeigneten Werkzeugs
3 Kopfprotektor mit auxetisch strukturiertem Abstandsgestrick/-gewirk/- gewebe

The accompanying drawings show:

1 Textile composite material with auxetically structured spacer knitted fabric
2 Structuring of a knitted/knitted/woven spacer by embroidering the openings and then cutting with a suitable tool
3 Head protector with auxetically structured spacer knitted fabric

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102009015369 [0005]

Claims

Textile composite material 10, characterized in that at least one region contains a spacer knit or spacer fabric or spacer fabric 20, which has suitably distributed and shaped openings 21, so that this region exhibits auxetic behavior

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that these openings 21 are embroidered with a yarn 25 in such a way that the pile threads 22 of the spacer knitted fabric or knitted fabric or fabric 20 are held in the spacer knitted fabric or knitted fabric or fabric 20 .

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that the spacer knit or knit or fabric 20 is sealed around the openings 22 by melting the pile threads 22 and the cover surfaces 23 by means of a hot tool 30 so that the pile threads 22 in the spacer knit or - knit or fabric 20 to be held.

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that this composite textile material is used for draping a body or a body part 40 with a curved surface 41.

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that the spacer knitted fabrics/knitted fabrics/fabrics separated by openings are attached to a lining 43

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that the textile composite material is used to protect against mechanical effects.

Textile composite material 10 after claim 1 and claim 4 , characterized in that the size and distribution of the openings 21 takes into account the surface 41 to be draped.

Textile composite material 10 after claim 1 and claim 5 , characterized in that the auxetically structured spacer knitted fabric or knitted fabric 20 is provided with a textile cover 42 which is firmly connected to the knitted spacer fabric or knitted fabric or fabric 20 and protects it against the effects of pointed objects.

Textile composite material 10 after claim 1 and claim 5 , characterized in that the auxetically structured spacer knitted fabric or - knitted fabric / fabric 20 is provided with a textile sleeve 45 which is firmly connected to the spacer knitted fabric or -knitted fabric or fabric 20 and any sleeves 42 and these before the action protects against UV rays and makes them aesthetically pleasing.

Textile composite material 10 after claim 1 , characterized in that the openings 21 represent in particular a Kagome lattice.