DE202010013590U1 - Kombination von Vlies- bzw. Gewerbestrukturen zur Absorption von IR-Strahlung - Google Patents

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Abstract

Kombination von Vlies- und Gewebestrukturen zur Absorption von Infrarot-Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies- oder Gewebe-Composite aus mindestens zwei Lagen aufgebaut ist, von denen mindestens eine Lage aus einem Material besteht, dass eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe Dichte und hohe Dampfdurchlässigkeit besitzt.

Description

  • 1. Technische Beschreibung (2-fach)
  • Das technische Gebiet der Erfindung betrifft die Herstellung von Composite-Strukturen auf der Basis von Vlies (nonwoven) bzw. Geweben.
  • Der Stand der Technik auf dem Gebiet der Composite-Strukturen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung mehrschichtiger Verbundstoffe aus Spinn- und Faservlieskomponenten seit Jahrzehnten praktiziert wird. Die bekanntesten Varianten von Verbundspinnvliesstoffen sind Kombinationen aus mehreren Filamentspinnvlies-Schichten (z. B. SS, SSS), aus Filamentspinnvlies- sowie Meltblown-Vliesstoffen (z. B. SMS, SMMS) [2, 3]. Letztere werden bereits mit bis zu 7 Schichten hergestellt. Weitere bereits praktizierte Varianten sind Verbundstoffe aus Filamentvlies-Schichten und Folien [4] oder Pulp [5]. Diese Produkte haben Bedeutung speziell im Hygienesektor für Babywindeln und -tücher erlangt. Bei den Verbundspinnvliesstoffen werden Vliesschichten mit verschiedenen Dichten und Durchlässigkeiten kombiniert. Bei den SMS-Produkten fungieren die Filamentspinnvlies-Schichten als Festigkeitsträger, während die Meltblown-Komponenten eine Barriere-Funktion ausüben. Die Verfestigung und Verbindung der Schichten erfolgt meist durch Kalandrieren bei Flächenmassen < 100 g/m2. Bei Flächenmassen zwischen 100–180 g/m2 können diese Verbundstoffe mittels Spunlace-Verfahren verfestigt werden [6].
  • Da die Filamentspinnvliesstoffe zumeist auf Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyester (PES) oder Polyamid (PA) basieren, sind bei ihnen hinsichtlich Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit Grenzen gesetzt. Andererseits sind die Verbundspinnvliesstoffe auf Grund des hochproduktiven Herstellungsverfahrens und der erreichbaren niedrigen Flächenmassen (Minimum: 10 g/m2) sehr preisgünstig. Die Nanofaservliese werden auch in Composites mit Filament-Spinnvliesstoffen (15 g/m2) und Meltblown-Vliesstoffen (100 g/m2) verarbeitet [1].
  • Alle bisher hergestellten Composite-Strukturen haben die Eigenschaft, dass sie eine relativ hohe Durchlässigkeit für Wärmestrahlung besitzen, was für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein kann. Es existieren allerdings auch Einsatzgebieten, bei denen eine (fast) vollständige Absorption der Wärmestrahlung (Konvektion) erforderlich ist, gleichzeitig noch andere funktionelle Eigenschaften, wie z. B. Hydrophobizität, Wasserdampfdurchlässigkeit, (Weiter)-Reißfestigkeit, Dehnung ins Vlies bzw. Gewebe integriert werden muss. Diese kombinierten, funktionellen Eigenschaften sind nur mit ausgewählten Composite-Strukturen zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, dass man einzelne Vlies- und Gewebeschichten mit entsprechenden Eigenschaften in geeigneter Reihenfolge miteinander kombiniert und relativ fest miteinander verbindet (vgl. 1). Die Verbindung kann sowohl durch Nassvernadlung (spunlace) als auch mit der wasserfreien, mechanischen Vernadlung erfolgen. Während die äußere(n) Schicht(en) (1) des Composites im Wesentlichen die waschbeständige Farbgebung und Hydrophobausrüstung aufnehmen, die innere(n) Schicht(en) (3) z. B. für die Wasserdampfdurchlässigkeit, Schweißaufnahme u. ä. verantwortlich ist, fungiert die mittlere Schicht (2) als Barriere gegen Wärmeleitung und ist gleichzeitig schwer oder nicht brennbar. Das kann dadurch gewährleistet werden, dass eine Faserschicht (2) in das Composite integriert wird, die nicht entflammbar, nicht brennbar und nicht schmelzend ist und gleichzeitig noch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Diese Forderungen werden in hervorragender Weise von mineralischen Fasern und in gering abgeschwächter Form auch von speziell ausgerüsteten Naturfasern erfüllt.
  • Ausführungsbeispiel:
  • Bekleidungstextilien für Armee, Feuerwehr, Katastrophenschutz u. ä. stellen besonders hohe Anforderungen an Farbgebung, Reißfestigkeit, oleo- und hydrophobe Eigenschaften, Trageeigenschaften (geringe Flächenmasse, Schweißaufnahme etc.). Diese Eigenschaften werden im Wesentlichen durch eine außen und innen liegende Schicht eines Composites realisiert. Die mittlere Schicht sollte von Art und Menge des Vlies- bzw. Gewebematerials so gestaltet werden, dass sie nicht (oder nur schwer) entflammbar, nicht schmelzend und nicht brennbar ist und Wärme nur in sehr geringem Maße in die äußeren bzw. inneren Schichten weiter leitet. Erfindungsgemäß werden diese Eigenschaften von der in Tabelle 1 aufgelisteten Fasern an Hand der Parameter Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Brennbarkeitsklasse quantifiziert. Tabelle 1: Wärmeleitfähigkeit; Dichte, Brennbarkeit einiger Fasern, die sich als mittlere Schicht eines Composites eignet
    Material Wärmeleitfähigkeit (W/(m·K)) Dichte (g/cm3) Brennbarkeitsklasse
    Baumwolle (FR) flammschutzausgerüstet 0,04 0,02–0,06 A
    Flachs (FR) flammschutzausgerüstet 0,04 0,031 A
    Hanf (FR) flammschutzausgerüstet 0,045 0,02–0,04 A
    Glaswolle 0,035–0,039 0,019–0,153 A
    Steinwolle 0,036–0,04 0,028–0,149 A
    Basaltfaser 0,031–0,038 A
  • Im Vergleich zu den in Tabelle 1 aufgeführten Materialien sind die in Tabelle 2 aufgeführten Materialien wegen ihrer Brennbarkeit, relativ hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder Dichte nicht als Zwischenschichtmaterial geeignet. Tabelle 2: Isolationswerkstoffe, die nicht als Zwischenschicht geeignet sind
    Material Wärmeleitfähigkeit (W/(m·K)) Dichte (g/cm3) Brennbarkeitsklasse Nachteil(e)
    Holzfaser (Dämmplatte) 0,04–0,06 0,13–0,28 B2
    Kokosfaser 0,045 0,07 B2
    Kork 0,045 0,13 B2 kein Faserwerkstoff
    Schafwolle 0,04 0,03 ja
    Schilf 0,042–0,048 0,19 ja
    Zellulosefaserplatten 0,04 0,07–0,08 kein Faserwerkstoff
    Zellulosefaserflocken 0,04 0,03–0,07 kein Faserwerkstoff
    Blähton 0,079–0,091 0,26–0,5 kein Faserwerkstoff
    expandierte Perlite 0,042–0,07 0,08–0,18 kein Faserwerkstoff
    Schaumglas 0,041–0,05 0,105–0,165 kein Faserwerkstoff
    Expandiertes Polystyrol (EPS) 0,035–0,044 0,011–0,03 kein Faserwerkstoff
    Extrudiertes Polystyrol (XPS) 0,035–0,042 0,036–0,04 kein Faserwerkstoff
    Polyurethan 0,025–0,03 0,03 kein Faserwerkstoff
    Nylon, PA66 0,25 1,14 hohe Wärmeleitfähigkeit
    PET (Faser) 0,15–0,4 1,3–1,4 (1,39) hohe Wärmeleitfähigkeit
    PE (Faser) 0,42–0,51 20 (axial) 0,97 hohe Wärmeleitfähigkeit
    Faser 0,13 hohe Dichte
    Kevlar (Du Pont) 0,04 1,44
    Twaron (Akzo) (Polyaramid) 0,04 1,45
  • Bei Tarnkleidung für Armee und Polizei spielt zusätzlich zu den oben erwähnten Eigenschaften außerdem noch die IR-Tarnung eine wesentliche Rolle. Nachtsichtgeräte, die auf Basis von IR-Strahlung arbeiten, spüren wärmeabstrahlende Körper auf. Durch wesentliche Verhinderung der Wärmeabstrahlung durch die beschriebene erfindungsgemäße Innenschicht bleiben die beobachteten Personen gegenüber der IR-Nachtsichtaufklärung im Wesentlichen „unsichtbar”.
  • Literatur:
    • [1] N. N. Elmarco: Nanospider für nonwovens Technical Textiles (2005) 3, E 174
    • [2] Composite-Prozess http://www.reicofil.com/de/vliesanlagen
    • [3] Das Spunbond Solution Center http://www.neumag.oerlikontextile.com
    • [4] Kunze, B. A new approach to breathable structures, VAPORWEB – leightweight breathable nonwoven film product in line INDEX Congress Genf/CH 1999.
    • [5] Watzl, A. Spinnvlies- und Spunlace-Verfahren: Die Zukunft von Vliesen? Technische Informationen für die Textilindustrie, Dezember 2005
    • [6] Hydrodynamisch verfestigte Verbundstoffe mit Filamentvliesstoffen und Dichtegradienten im Querschnitt Schlussbericht INNO-WATT-Forschungsprojekt IW 41200 Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V., Chemnitz 31.08.2006

Claims (11)

  1. Kombination von Vlies- und Gewebestrukturen zur Absorption von Infrarot-Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies- oder Gewebe-Composite aus mindestens zwei Lagen aufgebaut ist, von denen mindestens eine Lage aus einem Material besteht, dass eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe Dichte und hohe Dampfdurchlässigkeit besitzt.
  2. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht vorzugsweise aus einer flammschutzausgerüsteten Naturfaser (z. B. Baumwolle oder Flachs oder Sisal oder Bambus) (Einkomponentensystem) besteht,
  3. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht vorzugsweise aus einer Mischung beliebiger Zusammensetzung (Mehrkomponentensystem) der unter 2. aufgeführten flammschutzausgerüsteten Naturfasern besteht,
  4. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht vorzugsweise aus einer anorganischen Mineralfaser (z. B. Faser auf Silikatbasis, Faser auf Basaltbasis, Glasfaser u. ä.) besteht,
  5. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht vorzugsweise aus einer Mischung beliebiger Zusammensetzung mindestens zweier anorganischer Mineralfasern (z. B. Faser auf Silikatbasis, Faser auf Basaltbasis, Glasfaser u. ä.) besteht,
  6. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht vorzugsweise aus einer Mischung beliebiger Zusammensetzung von Natur- und Mineralfasern besteht,
  7. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht mit der(n) äußeren Schicht(en) versteppt ist,
  8. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht mit der(n) äußeren Schicht(en) nass oder trocken vernadelt wird,
  9. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innenschicht unterschiedliche Flächenmassen aufweist,
  10. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innen- und Außenschicht ein Gewebe ist, die Zwischenschicht ein vernadelte Vliesschicht darstellt,
  11. Vlies- und Gewebestrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Innen-, Zwischen- und Außenschicht ein Vlies darstellt
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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