DE10301679A1

DE10301679A1 - Durchdringungsfestes Material

Info

Publication number: DE10301679A1
Application number: DE10301679A
Authority: DE
Inventors: Jozef G.A. Van Lindert
Original assignee: Bond Laminates GmbH
Current assignee: Bond Laminates GmbH
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05
Also published as: WO2004065117A2; WO2004065117A3

Abstract

Bei einem durchdringungsfesten Material, insbesondere für Schutzbekleidung, umfassend ein Verbundmaterial mit wenigstens einer Gewebeschicht (20) aus Fasern, die in eine Kunststoffmatrix (22) eingebettet sind, wird vorgeschlagen, daß die Fasern wenigstens ein Material aus der Gruppe gebildet durch PA, PET, PAN, PUR und PES enthalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein durchdringungsfestes Material, insbesondere für Schutzbekleidung, umfassend ein Verbundmaterial mit wenigstens einer Gewebeschicht aus Fasern, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind.

Ein derartiges Material ist für den speziellen Fall einer Verwendung als durchdringungsfeste Sohle in einem Sicherheitsschuh aus der WO 99/21450 bekannt. Im Vergleich zu den ansonsten üblichen Metallplatten, die in Sicherheitsschuhen eingesetzt werden, weist ein derartiges durchdringungsfestes Material, bei dem Gewebeschichten mit textilen Fasern in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, verschiedene Vorteile auf: So sind diese neuartigen Materialien einerseits wesentlich leichter, andererseits auch weniger starr als Metallplatten, was den Tragekomfort des Sicherheitsschuhs erhöht. Dieser Vorteil macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn das durchdringungsfeste Material in anderen Arten von Schutzbekleidung eingesetzt werden soll, beispielsweise in schußsicheren Westen, in Nackenschützern und dergleichen.

Ferner bieten derartige "textile" durchdringungsfeste Materialien eine bessere thermische Isolation als die herkömmlich verwendeten Metallplatten, und sie vermeiden alle auf die elektrische und magnetische Leitfähigkeit von Metallen zurückzuführenden Komplikationen.

Bei dem in der WO 99/21450 offenbarten Verbundmaterial werden Gewebeschichten aus Aramidfasern eingesetzt. Aramid ist als äußerst feste organische Chemiefaser bekannt, ist jedoch in der Herstellung verhältnismäßig teuer.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein durchdringungsfestes Material insbesondere zur Verwendung bei Schutzbekleidung anzugeben, welches preisgünstiger hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem druchdringungsfesten Material der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Fasern wenigstens ein Material aus der Gruppe gebildet durch PA, PET, PAN, PUR und PES enthalten.

Bei diesen organischen Chemiefasern handelt es sich um preisgünstige Alternativen zu den im Stand der Technik verwendeten Aramidfasern. Außerdem konnte in Versuchen nachgewiesen werden, daß Verbundmaterialien, die Gewebeschichten aus einer dieser Fasern, gegebenenfalls auch aus mehreren dieser Fasern enthalten, grundsätzlich die gleiche Durchdringungsfestigkeit wie die im Stand der Technik bekannten Materialien bieten können.

Als besonders fest haben sich hierbei Materialien erwiesen, bei denen die Fasern PA6 und/oder PA66 enthalten. Sowohl PA6, also das aus ε-Aminocapronsäure oder ε-Caprolactam aufgebaute Polyamid, als auch PA66 (Polyhexamethylenadipinamid) sind bekannte organische Fasern und können preisgünstig hergestellt werden.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht durch eine Gewebebindung, insbesondere Leinwand-, Atlas- oder Köperbindung verknüpft sind. Derartige Gewebe aus den genannten Materialien in einer der drei genannten "Gewebegrundbindungen" werden von verschiedenen Herstellern als große Lagen angeboten und können somit zur Herstellung des erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Materials je nach geplantem Verwendungszweck, etwa als Schuhsohle oder als Einlage in einer schußsicheren Weste, in die geeignete Form geschnitten werden.

Üblicherweise wird die Fadendichte der Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht zwischen 5/cm und 45/cm betragen, ferner kann das Flächengewicht der Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht zwischen 50 g/m² und 400 g/m² betragen. Diese Werte geben etwa den Parameterbereich kommerziell erhältlicher Gewichteschichten aus den entsprechenden Fasern an. Die benötigte Festigkeit des erfindungsgemäßen Materials kann dann im wesentlichen durch die Wahl der Anzahl der Gewebeschichten bestimmt werden, zum Teil auch durch die Wahl der Kunststoffmatrix. Es versteht sich, daß grundsätzlich auch Gewebe mit höheren oder geringeren Fadendichten eingesetzt werden können, bzw. mit höheren oder niedrigeren Flächengewichten, so daß die Zahl der Gewebeschichten entsprechend der gewünschten Festigkeit anzupassen ist.

In einer ebenfalls preisgünstigen Ausführungsform der Erfindung kann die Kunststoffmatrix wenigstens ein Kunststoffmaterial aus der Gruppe gebildet durch PA, PP, PE, TPU, TPE, PMMA, PBT, PET und PPE enthalten.

Als besonders zweckmäßig hat sich bei Versuchen eine Ausführungsform erwiesen, bei der das PA-Kunststoffmaterial PA12 und/oder PA11 und/oder PA610 und/oder PA612 und/oder PA6 und/oder PA66 enthält, wobei grundsätzlich das Kunststoffmaterial als Folie oder als Pulver gebildet sein kann.

Wie bereits erwähnt, läßt sich die gewünschte Durchdringungsfestigkeit des Materials insbesondere durch die Anzahl der Gewebeschichten im Verbundmaterial variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die Zahl der in eine Kunststoffmatrix eingebetteten Gewebeschichten derart gewählt ist, daß das Verbundmaterial bei Einbau in einen Arbeitsschuh diesem eine Durchtrittsicherheit von wenigstens 1100 N verleiht. Dieser Grenzwert entstammt der europäischen Norm EN 12568 betreffend Anforderungen und Prüfverfahren für durchtrittsichere Einlagen bei Fuß- und Beinschutzvorrichtungen und muß somit insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemäßen Materials in durchtrittsicheren Schuhsohlen oder Zehenkappen berücksichtigt werden. Hierbei kann in der Praxis ein geringer Teil der Gesamt-Durchtrittsicherheit des Schuhs, maximal etwa 150 N, von anderen Sohlen des Schuhs herrühren, etwa von einer Laufsohle.

Zweckmäßigerweise kann das Verbundmaterial an wenigstens einer Außenseite mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sein. Hierdurch verbessert sich die Handhabbarkeit des Verbundmaterials, was insbesondere im Hinblick auf den späteren Einbau etwa in Schutzbekleidung vorteilhaft ist.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt:
1 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines Arbeitsschuhs, bei dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials als durchdringungsfeste Sohle eingesetzt wird;
2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials, bei dem die Außenschichten des Verbundmaterials durch Gewebeschichten gebildet sind;
3 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials, bei der die Außenschichten des Verbundmaterials durch Kunststoffschichten gebildet sind;
4 einen Graph, der die Ergebnisse eines Durchtrittssicherheitstest eines erfindungsgemäßen Materials zeigt;
S einen Vergleichsgraph, der die Ergebnisse eines ähnlichen Durchtrittssicherheitstests bei einem Material des Stands der Technik zeigt.
1 zeigt als rein erläuterndes, die Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Materials keineswegs beschränkendes Anschauungsbeispiel einen Arbeitsschuh 10. Bei diesem Arbeitsschuh 10 ist zwischen einer Laufsohle 12, die im gezeigten Beispiel einstöckig mit dem Absatz des Arbeitsschuhs 10 gebildet ist und beispielsweise aus Gummi gefertigt sein kann, sowie einer üblicher Brandsohle 14, eine Sicherheitssohle 16 aus dem erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Material vorgesehen. Diese Sicherheitssohle 16 schützt den Fuß des Benutzers des Arbeitsschuhs 10 beispielsweise vor Nägeln oder anderen scharfkantigen Metallstücken, Glasscherben etc., auf die er tritt und die die Laufsohle 12 durchdringen können. Zusätzlich oder alternativ zur gezeigten Verwendung in der Sicherheitssohle 16 kann das erfindungsgemäße durchdringungsfeste Material beispielsweise auch in der Kappe 18 oder einem anderen Bereich des Schuhs eingesetzt werden. Beim Einsatz des Materials in der Kappe 18 wären beispielsweise die Zehen des Benutzers des Arbeitsschuhs 10 vor herunterfallenden scharfkantigen Gegenständen geschützt.
2 zeigt ein erstes mögliches Beispiel für den Aufbau des erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Materials: Man erkennt in der schematischen Perspektivdarstellung der 2 ein Verbundmaterial, bei dem Gewebeschichten 20 und Kunststoffschichten 22 alternierend geschichtet sind. In 2 sind hierbei fünf Gewebeschichten 20 und 4 Kunststoffschichten 22 alternierend übereinander gestapelt, so daß das gebildete "Sandwich" außen, d.h. in 2 unten und oben, jeweils eine Gewebeschicht 20 aufweist.
In 3 hingegen ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der vier Kunststoffschichten 22 und drei Gewebeschichten 20 alternierend aufeinandergestapelt sind, so daß das gebildete Verbundmaterial außen, d.h. in 3 oben und unten, jeweils eine Kunststoffschicht 22 aufweist.
Bei beiden Ausführungsformen erkennt man, wie die jeweilige Gewebeschicht 20 durch einzelne, miteinander verwobene Fasern gebildet ist. Beim erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Material enthalten diese Fasern wenigstens ein Material aus der Gruppe gebildet durch PA, PET, PAN, PUR und PES. Bei den in den Fig. dargestellten Beispielen, insbesondere in 2, sind diese Fasern durch eine Leinwandbindung miteinander verknüpft, es ist jedoch je nach Anforderungen auch jede andere bekannte Art von Gewebebindung einsetzbar, insbesondere eine Atlas- oder Köperbindung.
Die Kunststoffschichten 22 in den 2 und 3 sind bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial aus der Gruppe PA, PP, PE, TPU, TPE, PMMA, PBT, PET und PPE gebildet. Als eine besonders bevorzugte Ausführungsform hat sich in der Praxis ein Verbundmaterial erwiesen, bei dem die Fasern der Gewebeschicht 20 aus PA66 gebildet sind und die Kunststoffschichten 22 aus PA12 und/oder TPU bestehen.
Es versteht sich, daß die 2 und 3 das Verbundmaterial zu Beginn der Herstellung des erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Materials zeigen. Wie auf diesem technischen Gebiet allgemein bekannt, werden Laminate, wie sie in den 2 und 3 gezeigt sind, in einer Heizplattenpresse aufgeheizt und miteinander verpreßt, so daß die Kunststoffschichten 22 schmelzen und die Fasern der Gewebeschichten 20 durch den geschmolzenen Kunststoff getränkt werden. Nach dem Abkühlen des Verbundmaterials sind die Gewebeschichten dann insgesamt in eine mehr oder weniger homogene Kunststoffmatrix eingebettet. Dieses Verfahren ist im Stand der Technik allgemein bekannt und wird daher nicht näher erläutert werden.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel können die beiden äußeren Kunststoffschichten 22 grundsätzlich aus dem gleichen Material wie die inneren Kunststoffschichten 22 gebildet sein. In diesem Fall ist die "Aufschichtung" des Verbundmaterials besonders einfach.
Die beiden äußeren Kunststoffschichten 22 können jedoch auch aus einem anderen Kunststoffmaterial als die inneren Kunststoffschichten 22 hergestellt sein, beispielsweise zu dem Zweck, ein besseres Haften der Sicherheitssohle 16 an der in 1 unten angrenzenden Laufsohle 12 und/oder der in 1 oben angrenzenden Brandsohle 14 zu gewährleisten. Im Hinblick darauf, daß die Laufsohle 12 und die Brandsohle 14 regelmäßig aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, versteht es sich somit auch, daß in einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 3 die untere Kunststoffschicht 22 aus einem anderen Material als die obere Kunststoffschicht 22 gebildet sein kann, und beide wiederum gegebenenfalls aus einem anderen Material als die jeweils inneren Kunststoffschichten 22.
4 zeigt einen Graph mit Ergebnissen eines Belastungstests, nämlich eines sogenannten Durchtrittssicherheitstests, an einem erfindungsgemäßen durchdringungsfesten Material, gebildet durch PA66-Gewebeschichten in einer PA12-Kunststoffmatrix.
5 zeigt Vergleichsergebnisse des gleichen Durchtrittssicherheitstests bei einem aus dem Stand der Technik bekannten durchdringungsfesten Material, gebildet durch Aramidfasern in einer PA6-Matrix.
Bei diesem Durchtrittssicherheitstest, der in der europäischen Norm 12568 definiert ist, wird eine Platte aus dem zu testenden Material in eine spezielle Prüfvorrichtung eingespannt, und ein spitzer Metallstift wird mit zunehmender Kraft gegen die Platte gedrückt. Man mißt die von der Platte dem Stift entgegengesetzte Kraft (in Newton) als Funktion der Eindringtiefe (in mm).
Bei dem Graphen der 4 und 5 wurden jeweils 4 Testdurchläufe mit dem jeweiligen Material vorgenommen. Man erkennt, daß sowohl beim erfindungsgemäßen Material in 4 als auch beim Vergleichsmaterial in 5 der "Durchbruch" des Stifts durch die Platte im Mittel erst oberhalb einer Kraft von 1100 N erfolgt, und somit das erfindungsgemäße Material die Anforderungen der zitierten europäischen Norm für durchtrittsichere Einlagen erfüllt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den Fig. beispielhaft gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So wurde bereits darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße durchdringungsfeste Material nicht nur in Schuhen, sondern etwa auch in Helmen, schußsicheren Westen, Nackenschützern und sonstigen Schutzvorrichtungen, nicht nur Schutzbekleidung, verwendet werden kann. Ferner versteht es sich, daß die "Schichtbeispiele" der 2 und 3 nur zur reinen Erläuterung dienen und beispielsweise auch Gewebeschichten 20 aus verschiedenen Materialien mit Kunststoffschichten 22 aus verschiedenen Materialien alternierend geschichtet sein können. Ferner versteht es sich, daß die Zahl der Schichten von den Beispielen der 2 und 3 abweichen kann, beispielsweise als Funktion der geforderten Festigkeit, der zu erfüllenden Norm etc.

Claims

Durchdringungsfestes Material, insbesondere für Schutzbekleidung, umfassend ein Verbundmaterial mit wenigstens einer Gewebeschicht (20) aus Fasern, die in eine Kunststoffmatrix (22) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern wenigstens ein Material aus der Gruppe gebildet durch PA, PET, PAN, PUR und PES enthalten.
Durchdringungsfestes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern PA6 und/oder PA66 enthalten.
Durchdringungsfestes Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht (20) durch eine Gewebebindung, insbesondere Leinwand-, Atlas- oder Köperbindung verknüpft sind.
Durchdringungsfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadendichte der Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht (20) zwischen 5/cm und 45/cm beträgt.
Durchdringungsfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht der Fasern in der wenigstens einen Gewebeschicht (20) zwischen 50 g/m² und 400 g/m² beträgt.
Durchdringungsfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmatrix (22) wenigstens ein Kunststoffmaterial (22) aus der Gruppe gebildet durch PA, PP, PE, TPU, TPE, PMMA, PBT, PET und PPE enthält.
Durchdringungsfestes Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das PA-Kunststoffmaterial PA12 und/oder PA11 und/oder PA610 und/oder PA612 und/oder PA6 und/oder PA66 enthält.
Durchdringungsfestes Material nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Kunststoffmaterial (22) als Folie gebildet ist.
Durchdringungsfestes Material nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Kunststoffmaterial (22) als Pulver gebildet ist.
Durchdringungsfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der in eine Kunststoffmatrix (22) eingebetteten Gewebeschichten (20) derart gewählt ist, daß das Verbundmaterial bei Einbau in einen Arbeitsschuh diesem eine Durchtrittsicherheit von wenigstens 1100 N verleiht.
Durchdringungsfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial an wenigstens einer Außenseite mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist.