DE1729073A1

DE1729073A1 - Thermisch isolierendes,flexibles,hochdehnbares Schichtmaterial

Info

Publication number: DE1729073A1
Application number: DE19671729073
Authority: DE
Inventors: Rach Robert Herbert
Original assignee: Uniroyal Inc
Current assignee: Uniroyal Inc
Priority date: 1966-05-31
Filing date: 1967-05-24
Publication date: 1971-06-03
Also published as: FR1525490A; US3511743A; GB1137000A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-INQ. F. THIELEKE DR.-INQ. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG - MÜNCHEN 1729073

1

Uniroyal, Inc.,
1230 Avenue of the Americas New York

Thermisch isolierendes, flexibles, hochdehnbares Schichtmaterial·

Die Erfindung betrifft ein thermisch isolierendes, flexibles j Schichtmaterial hoher Dehnbarkeit, insbesondere für Taucheranzüge oder Waumfahrtanzüge, bestehend aus einem Kern aus zellenförmigen Schaumstoff oder Schaumgummi, das wenigstens auf einer Oberflächenseite durch eine fluidundurchlassige Haut abgedeckt ist.

Es ist bei der Erforschung des Weltraums und der Tiefsee bekannt, daß es wesentlich darauf ankommt, die Körperwärme eines i.ienschens zu bewahren, und zwar entweder durch einen entsprechenden Anzug oder aber durch ein Schutzfahrzeug oder * eine Schutzschale, welche sowohl den Menschen als auch die Ausrüstung umgibt, üs sind Materialien, welche die notwendigen thermischen Eigenschaften besitzen,bekannt. Diese umfassen allgemein ein schichtenförinigeB Material aus Schaumstoff oder Schaumgummi mit geschlossenen Zellen, welches auf wenigstens einer überfLächenseite durch eine fluidundurchlassige Haut abgedeckt ist. Solche Schichtwerkstoffe besitzen jedoch

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nur ein geringes Maß an Flexibilität und Dehnbarkeit, welche an sich erwünscht ist, um dem Träger eines Anzuges, der aus einem solchen Material hergestellt ist, ein gutes Maß an Beweglichkeit zu geben und das Anziehen und Ausziehen des Anzugs zu erleichtern, und zwar auch unter Bedingungen von hohem äußeren Druck. Insbesondere der »Widerstand gegen ein Dehnen eines solchen Materials behindert in starken Maße die Bewegung an den Verbindungsstellen oder Gelenken, z.B. den Knien und Ellbogen und die Kraft, die erforderlich ist, um das Material zu biegen, verzehrt einen beachtlichen Betrag der Energie des Trügers.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schichtinaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, welches flexibel ist, die gewünschte thermische Isolierungsfähigkeiten aufweist und außerordentlich hohe Dehnbarkeit besitzt, so daß die oben genannten Schwierigkeiten praktisch vollständig vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kernschicht eine Vielzahl von Einschnitten oder Schlitzen aufweist, die gegenüber einer auf der Haut senkrecht stehenden Linien unter einem Winkel zwischen etwa 30 und etwa 60 angeordnet sind.

Ein auf diese Weise ausgebildetes Material hat die geforderten Eigenschaften an Flexibilität und Dehnbarkeit auf Grund der

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iiinscimit te oder Schlitze in dem Kernmaterial aus Schaumstoff bzw. Schaumgummi. ,Venn ein solches Material zur Herstellung von Anzügen verwendet wird, läßt es sich zu allen Zeiten eng an die Körperformen des 3enutzers anpassen und gibt ihm dennoch eine gute Bewegungsfreiheit. V/eiterhin wird diese Dehnbarkeit erreicht, ohne nennenswerten Verlust an thermischer Isolierfähigkeit, selbst bei relativ hohen äußeren Drücken.

Vorzugsweise besteht die Kernschicht aus Schaumgummi oder Schaumstoff von offener Zellenstruktur, so daß die Druckluft ™ oder ein anderes Gas durch den Kern hindurchdringen kann.

Die Schlitze können entweder so angebracht werden, daß sie sich vollständig durch die Kernschicht von einer Oberflächenseite zur anderen Oberflächenseite erstrecken, oder es können sich abwechselnd die Schlitze von entgegengesetzten Oberflächenbereichen der Kernschicht aus erstrecken und jeweils kurz vor der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Kernes enden-r Vorteilhafterweise erstreckt sich dabei jeder Schlitz mehr . | als über die Hälfte durch die Dicke des Kernes.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen Abschnitte eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Schichtwerkstoffes jeweils im Querschnitt und von unterschiedlicher Ausbildung, während

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die Fig. 3 und 4 die Schichtwerkstoffe nach Fig. 1 bzw. Fig. in einem Zustand wiedergeben, in dein der Schichtwerkstoff unter Zugspannung steht.

Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, umfaßt der schichtwerkstoff 10 eine Kernschicht 11, die aus einer Tafel oder einem Blatt aus zellenförmigen Gummi oder Kunststoff besteht, wobei es sich um einen Werkstoff mit geschlossenen oder mit offenen Zellen handeln kann. Die sich gegenüberliegenden Oberflöchenselten sind^nit relativ dünnen, strömungsmittelundurchlässigen Häuten bedeckt, welche einen geringen i^odul aufweisen und mit 12 bezeichnet sind; Diese Häute bestehen aus Gummi oder einem Kunststoffmaterial. Um die gewünschte Dehnbarkeit zu erhalten, ist die Kernschicht 11 geschlitzt, wie bei 13 angedeutet. Die Schlitze sind im wesentlichen parallel zueinander orientiert und liegen unter einem Winkel von etwa 45° zu der Senkrechten auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Schichtwerkstoff es. Die Anordnung ist derart getroffen, daß die Anwendung von den Kräften, wie sie durch den Doppelfall A in Fig. 3 angedeutet sind, bei dem Schichtwerkstoff 10 dazu führen, daß die Abschnitte 11a der Kernschicht 11 über im wesentlichen die volle Dehnung der Schlitze auseinandergezogen werden, wobei die Trennung im Bereich der Häute 12 relativ klein ist, da an diesen Stellen die Kernschichten an den Häuten fest anhaften. Die Schlitze verleihen damit dem Gesamtwerkstoff eine anisotrope Modul-Charakteristik, welcher Modul wesentlich niedriger liegt als der Modul dee Kernmaterials in der ungeschützten Form. .

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Bei der konstruktion, wie sie in den Figuren wiedergegeben ist, kann die Dicke des iierninuterials bequemerweise zwischen etwa 3 und 25 mm liegen, wobei eine Dicke von etwa G mm bevorzugt wird. Die Dicke ,jeder Haut kann zwischen 0,125 und 0,7/5 mm betragen, wobei eine Dicke von etwa G,375 mm bevorzugt wird. Die Schlitze können einen gegenseitigen Abstand zwischen 1,5 - 25 mm besitzen, wobei ein gegenseitiger Abstand von 6 mm bevorzugt wird. Der «Vinkel der Schlitze gegenüber der Senkrechten auf den beiden Oberflächenseiten kann zweckmäßigerweise zwischen 30° und 60° liegen. f

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für einen Schichtwerkstoff 10' ist in Fig. 2 und 4 gezeigt. Hierbei sind undurchlässige üummi- oder Lunststoffhäute 12 an den sich gegenüberliegenden Oberflächenseiten eines Zellgummis oder Schaumstoffkernes 14 festanhaftend angebracht. Der tafelförmige Kernwerkstoff ist in Verrichtung geschlitzt, wie bei 15 angedeutet. Die Schlitze gehen, wie die Figur zeigt, jeweils abwechselnd von entgegengesetzten Oberflächenseiten aus, wobei jeder Schlitz 15 kurz vor der gegenüberliegenden Seitenoberfläche des Kernwerkstoffes enden. In dem Schichtwerkstoff 10' erstrecken sich die Scnlitze etwas weiter als über 2/3 der Gesamtdicke des Kernmaterials, gemessen entlang der Senkrechten zu den Oberflächen des kernwerkstoffes. j ie bei dem zuerst beschriebenen iiusführungsbeispiel sind die Schlitze im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und zwar unter einum »inkel von 45 gegenüber der Senkrechten auf den sich gegenüberliegenden Oberfl uchenseiten des Schichtwerkstoffee.

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Praktische und bevorzugte Dimensionen für den Schichtwerkstoff nach Fig. 3 sind diejenigen, wie sie oben angegeben worden sind, wobei die Ebenen, in welchen die Schlitze liegen, zweckmäßigerweise einem gegenseitigen Abstand von 1,5-25 mm aufweisen, vorzugsweise einen Abstand von 6 mm, was erfordert, daß die Schlitze, die von der gleichen Oberflächenseite des Kernmaterials ausgehen, einen gegenseitigen Abstand von etwa 3 mm - 50 mm aufweisen, wobei der Abstand vorzugsweise etwa 12,5 mm beträgt. Jeder Schlitz muß sich wenigstens über die Hälfte durch die Dicke des Schichtwerkstoffes erstrecken, wobei diese Ausdehnung vorzugsweise wenigstens 60 % der Dicke ausmacht.

Die auf diese Weise getroffene Anordnung ist derart, daß bei Auftreten von Dehnungskräften, wie sie durch den Doppelfall ü in Fig. 4 angedeutet sind, den Schichtwerkstoff 10' veranlassen, daß sich die Abschnitte 14a des Kernmaterials 14, welche teilweise eingeschnitten sind, voneinander entfernen, wenn sich die Schlitze, wie bei 15a angedeutet, ausdehnt. Der Kernwerkstoff 14 besitzt folglich ebenfalls eine anisotrope luodul-Churakteristik, welche wesentlich niedriger als der Modul ist, den das Kernmaterial bei Fehlen der Schlitze aufweisen würde. Aus offensichtlichen Gründen wird selbstverständlich die Dehnbarkeit des Schichtwerkstoffes 10* etwas geringfügier sein als die des Schichtwerkstoffes 10, obwohl dieser Unterschied nur gering ist, selbst bei den unteren Grenzen der oben angegebenen Dimensionen für die Schlitze 15. uis sollte weiterhin deutlich

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sein, d'tß wenn diese Schlitze sich nur durch einen Bereich erstrecken, der kleiner als die liälfte der Dicke des kernmaterials ist, die durch die vorliegende Erfindung angestrebte verbesserte Dehnbarkeit nicht im ausreichenden umfange erhalten werden kann, da sich in der Iuittelebene des Kernmaterials eine durchgehende ebene Schicht aus Schaumstoff oder Schaumgummi befindet, d.h. eine Schicht oder eine Bahn, welche nicht durch einen der .Schlitze berührt wird. Hierdurch wird die Dehnbarkeit des .Jchichtworkstoffes im wesentlichen auf den ./ert begrenzt, den ein Abschnitt des Kernmaterials aufweist, dex- keine »Schlitze Λ besitzt.

liin weiterer Vorteil des unter schrägen .,inkel geschlitzten Kernmaterials nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Isolierfunktion in keiner ii'eise nachteilig beeinflußt wird, trotz der Gegenwart der Scnlitze 13 bzw. 15. Wenn ein solcher Schichtwerkstoff nach der Dehnung einem hohen äußeren Fluiddruck ausgesetzt wird, werden die Abschnitte 11a bzw. 14a des Kernmaterials gegeneinander gepreßt, wodurch die zuvor erweiterten Schlitze 13a, 15a wirksam geschlossen werden. iis ist leicht ersichtlich, daß diese Bedingung nicht erfüllt werden .vürde, wenn das Kernmaterial unter einem »Vinkel kleiner als 30° gegenüber der Senkrechten auf den beiden Oberflächenseiten des Materials geschlitzt werden würde. Wenn ein solches Material einer Druckkraft ausgesetzt würde, würden die offenen ochlitze dazu neigen, seitlich auszubauchen und sich weiter zu Öffnen, so daß sie zwischen den Häuten des Schichtmaterials

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oder zwischen jeder Haut und einem gegenüberliegenden ungeschlitzten Abschnitt des Kernmaterials innere liäume schaffen, in welchen kein isolierender Schaumstoff oder Schaumgummi vorhanden ist.

Das bevorzugte Material für den Kernwerkstoff des laminierten Materials sind Kunststoff- oder Gummilatexschäume mit offenen Zellen, welche einen sehr niedrigen Dehnungsmodul, rasche Erholbarkeit, gute Abnutzungswiderstände, geringe Neigung zum sich Setzen unter Druck, geringe Dichte und kleine und gleichförmige Porengrößen besitzen· Weiterhin wird eine Offenzellenkernstruktur bevorzugt, da diese es dem Inneren des Schichtwerkstoffes gestattet, unter Gasdruck gesetzt zu werden und zwar mit einem .Vert, der im wesentlichen gleich dem Druck der äußeren Umgebungsfluid ist« Dies wurde als sehr wünschenswert empfunden, insbesondere bei Tieftauchanzügen, um ein vollständiges Zusammenfallen der Kernzellen zu verhindern, was auftreten würde, wenn der Benutzer in Tiefen über etwa 30 - 35 m hinabsteigt. Ein Tauchanzug, der nur für geringere Tiefen als derartige Tieftauchverhältnisse bestimmt ist, kann natürlich auch aus einem Kernmaterial mit geschlossenen Zellen hergestellt werden.

Materialien, welche die Anforderungen an das Kernmaterial zufriedenstellend erfüllen, sind Polyurethanschäume und Vinylschäume, Alternativ dazu kann das Kernmaterial aus einem Schaum von natürlicher Gummilatex, aus SBR-Latex, aus Neopren-

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Latex, aus Isopren-Latex oder aus einera Latexschaum aus einer -ischung aus natürlichem Gummi und synthetischem Gummi, z.B. aus SBR oder Cis-Polyisopren, bzw. einem Latexschaum aus einer iui schung aus synthetischen Gummi, z.B. SBIi und Cis-Polyisopren, oder üutylgummi.

Für die Häute können kunststoff- oder Gummifilme verwendet werden, welche einen niedrigen Modul besitzen, gute Abnutzungsei genschaften und guten ^inreißwiderstand und welche entweder verträglich sind oder leicht verbunden werden können mit dem " isolierenden ochaummaterial, das verwendet wird. So können die gleichen Latex verwendet werden, wie für das Kernmaterial, ,jedoch ungeschiiumt und zwar alleine oder in Mischungen, wie auch synthetische Gummimaterialien wie Butyl und solche Kunststoff materialien wie Polyurethan. Die .Zahl für das Hautmaterial hängt natürlich in einem gewissen Ausmaß von den Umgebungsverhältnissen ab, die zu erwarten sind. So kann das Material so zusammengesetzt sein, daß es verbesserte Widerstände gegen öl, Ozon, Sonnenlicht, natürlicher Alterung und Wasser- j absorption od.dgl. aufweist.

iis ist zu bemerken, daß es eine iieihe von jvlöj'jlichkeiten gibt, um den Schichtwerkstoff 10 herzustellen. Das einzige Erfordernis ist, daß das Kernmaterial 11 geschlitzt werden muß, bevor die zweite iiiiut J2 aufgebracht wird.Eine Herstellungsinet.hode bestellt bei spie lswe ise darauf, daß man einen film aus Gummi oder plastischem iviateriul auf die eine ieite uinea vorge-

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härteten Blattes aus Schaumstoff oder Schaumgummi aufbringt, den Film aushärtet, um eine fluidundurchlässige Haut zu bilden, worauf man das Blatt oder Tafel aus Schaumwerkstoff von der unbedeckten Oberfläche aus einschneidet, wobei man darauf achten muß, daß die Schnitte nicht durch die aufgebrachte Haut hindurchgehen. Darauf kann ein zweiter Gummifilm oder Film aus plastischem Material auf die noch nicht bedeckte Oberfläche des geschlitzten Blattes aufgebracht und dieser Film ausgehärtet werden, um die zweite fluidundurchlässige L· Haut zu bilden. Es muß natürlich Acht darauf gegeben werden, daß die Abschnitte des geschlitzten Blattes geschlossen und unverschoben bleiben in Bezug auf die gegenseitige Anlage, während der zweite Film aufgebracht und ausgehärtet wird. Auf der anderen Seite kann bei der Herstellung des Schichtwerkstoffes 10' das Kernblatt 14 zunächst von jeder Seite aus eingeschnitten werden, bevor die Haut oder Häute 12 auf die Oberflächen gebracht werden. Andere Varianten dieser Verfahren ergeben sich im wesentlichen von selbst für den Fachmann.

*-*ie Häute 12 können beispielsweise durch Kalandern oder durch Formtechniken hergestellt werden. Eine andere Art der Herstellung ist das Eintauchen einer entsprechenden Form in flüssiges Gummi und anschließendes AbsLehen der sich ergebenden Haut von der Form. Die Häute können entweder vor oder nach der Berührung mit den entsprechenden Flächen des Kernmateriuls ausgehärtet werden, ./enn die Materialien von Kern und Haut miteinander verträglich sind, ist es selbstverständlich mög-

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lieh, in einfacher V.eise eine Schicht aus feuchtem Latex als Klebstoff zwischen dem fternmaterial und. den Filmen einzubringen. Wenn die Materialien dagegen unähnlich sind, können irgendwelche geeigneten Klebstoffe für das Aufbringen der Häute auf dem Kernmaterial verwendet werden.

Das geschlitzte Kernmaterial bei dem Schichtwerkstoff gemäß der Erfindung, welches in einer der obenerwähnten oder in einer anderen .Veise hergestellt werden kann, kann verarbeitet in Raum- oder Tauchanzüge, in-dem beispielsweise übliche |

Stumpfnahttechniken angewendet werden mit Ausnahme der Fälle, in denen ein Kernmaterial aus Schaumstoff mit offenen Zellen verwendet werden. In diesem Falle müssen die stumpf aneinander-liegenden Kanten benachbarter Werkstoffabschnitte, beispielsweise die Verbindungsstellen zwischen dem Rumpfabschnitt und den Ärmel frei von Klebstoff gehalten werden, um sicherzustellen, daß die zur Druckerhöhung dienende Luft oder andere Gase frei durch alle Abschnitte oder Komponenten des Anzuges passieren können. Die stumpf aneinanderliegenden Kanten werden an den inneren und äußeren Flächen der Werkzeugabschnitte durch getrennte vorbereitete und angebrachte Bänder verstärkt und zusammengehalten. Diese bestehen aus Gummifilmen von niedrigen Modul mit einer Dicke von etwa 2,5 mm und einer Breite von etwa 18 mm. Diese Bänder werden an den laminierten Abschnitten durch übliche Klebstoffe angebracht. Alle rauhen Kanten des Schichtwerkstoffee wie sie an den Gelenken, den Henkeln und am Nacken auftreten können, werden

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fluidundurchlässig gemacht durch einen geeigneten Überzug aus einer Gummilatex von niedrigem Modul, welche dann ausgehärtet wird.

Es ist ersichtlich, daß der geschlitzte laminierte Werkstoff gemäß der Erfindung nicht an allen Stellen eines daraus gemachten Anzuges verwendet werden muß, sondern daß seine Anwendung beschränkt sein kann, auf bestimmte ausgewählte Bereiche des Anzugs, z.B. auf die Ellbogen oder Knieahschnitte, den Nacken, die Handgelenke und die Fußgelenkabschnitte des Anzugsoberteils und Bodens. Andere Bereiche können sein die Schulterabschnitte sowie der Nackenabschnitt eines überzuziehenden den Kopf bedeckenden Anzuges, wobei alle Stellen in Frage kommen, bei denen eine wesentliche Dehnung auftritt, wenn der Anzug angezogen oder ausgezogen wird. Es ist aber auch möglich, vollständige getrennte Anzugsteile oder Abschnitte aus einem solchen laminierten Material herzustellen, z.B. Überzugsschuhe, Handschuhe oder Kopfschutzabschnitte.

Wie zuvor angedeutet, kann der laminierte Werkstoff gemäß der Erfindung auch als isolierende Oberfläche oder als Wandabschnitt von aufblasbaren und zusammenlegbaren Gehäusen oder Fahrzeugen verwendet werden,wie sie beispieleweise gegenwärtig zur Untersuchung von Unterwasserbereichen verwendet werden. Bei einer solchen Konstruktion wird der Schichtwerkstoff erheblichen äußeren Drücken ausgesetzt, wobei jedoch seine isolierende Funktion auf Grund der Tendenz der

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.Schlitze, sich unter dem Einfluß solcher Drücke selbst dann zu schließen, wenn der ,schichtwerkstoff gedehnt wird, nicht beeinflußt wird.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Thermisch isolierendes flexibles Schichtmaterial insbesondere für Schutzhüllen, Fahrzeuge und Anzüge für Tieftauchzwecke oder Weltraumforschung, bestehend aus einem Kernmaterial aus zellenförmigen Schaumstoff oder Schaumgummi, das wenigstens auf einer Oberflächenseite durch eine fluidundurchlässige Haut abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Kernschicht eine Vielzahl von Einschnitten oder Schlitzen aufweist, die gegenüber einer auf der Haut senkrecht stehenden Linie unter einem .Vinkel zwischen etwa 30° und etwa 60° angeordnet sind.

2. Schichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze unter einem Winkel von

45 ° gegenüber einer auf der Haut senkrecht stehenden Linie verlaufen.

3. Schichtmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kernschicht auf beiden Oberflächenseiten durch fluidundurchlässige Häute abgedeckt ist.

4. Schichtmaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kernschicht aus einem ochaummaterial mit offenen Zellen besteht.

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5. Schichtmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß alle Schlitze oder Einschnitte zueinander parallel verlaufen.

6. Schichtmaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze oder Einschnitte sich über mehr als die Hälfte der Dicke der Kernschicht durch diese Kernschicht erstrecken.

7. Schichtmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekenn- d zeichnet , daß die Schlitze die Kernschicht von einer Oberflächenseite zur anderen Oberflächenseite vollständig durchdringen.

8. Schichtmaterial nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze einen gegenseitigen Abstand zwischen 1,5 mm und 25 mm - vorzugsweise von etwa 6 mm - aufweisen.

9. Schichtmaterial nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge- " kennzeichnet , daß die Schlitze abwechselnd von entgegengesetzten Oberflächenseiten ausgehen und jeweils kurz voijder gegenüberliegenden Oberflächenseite enden.

10. Schichtmaterial nach Anspruch 9, dadurch .gekennzeichnet , daß die Schlitze wenigstens um einen Betrag von gleich 60 % der Dicke «es Kernwerkstoffes durch die Kernschicht erstrecken.

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11. Schichtmaterial nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die von der gleichen Oberflächenseite ausgehenden Schlitze einen gegenseitigen Abstand aufweisen, der zwischen etwa 3 mm und 50 mm, vorzugsweise etwa 12,5 mm beträgt.

12. Schichtmaterial nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennze ichnet , daß das Kernmaterial eine Dicke zwischen etwa 3mm und 25 mm aufweist, vorzugsweise etwa 6 mm, und daß jede das Kernmaterial abdeckende Haut eine Dicke zwischen 0,125 und 0,775 mm, vorzugsweise von 0,375 mm aufweist.

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