DE2829599B2

DE2829599B2 - Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2829599B2
Application number: DE2829599A
Authority: DE
Inventors: Hubert Von Bluecher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1980-05-08
Also published as: BE880768A; DE2829599C3; DE2829599A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff der Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist bekannt, als Außenschichten für Wärmeschutzanzüge Metailfolien zu verwenden, welche Wärmestrahlung reflektieren und somit dem Aufenthalt von Personen im Bereich einer derartigen Strahlung gestatten, beispielsweise bei der Brandbekämpfung, beim Hochofenanstich oder dergleichen.

Auch für militärische Zwecke ist Schutzbekleidung erforderlich, welche gegenüber Wärmestrahlung Schutz bietet, die in extremer Höhe, aber nur kurzer Einwirkungsdauer beim Einsatz von Kernwaffen auftritt.

Allerdings ist eine Schutzbekleidung mit reflektierender, metallener Außenschicht aus Gründen der Tarnung für militärische Zwecke weitgehend unverwendbar.

Es wäre nur möglich., die reflektierende Metallschicht in das Innere des Verbundmaterials zu verlegen, wie dies bei einem bekannten Kälteschutzmaterial (DE-OS 2553781) vorgeschlagen wurde; die Außenschichten des bekannten Verbundwerkstoffes sind allerdings entflammbar, so daß die Metallschicht

und weiter innen liegende Schichten derart ausgebildet sein müssen, daß sie den Träger einer Schutzbekleidung auch vor der Wärmeeinwirkung der abbrennenden Außenschichten schützen.

Außerdem liegt ein Hauptnachteü des bekannten Werkstoffs darin, daß die Metallschicht, um einen hinlänglichen Strahlungsschutz zu bieten, geschlossen und somit auch luftundurchlässig sein muß. Es ist aaer auch nicht ri.uglich, etwa mehrere Metallschichten mit gestaffelt angeordneten Luftaustauschöffnungen anzuordnen, da beim Abbrennen bzw. Veraschen der Oberflächenschichten zwangsläufig heiße Gase entstehen, die den Werkstoff durchdringen können und unmittelbar auf der Haut des Trägers einer entsprechenden Schutzbekleidung Verbrennungen hervorrufen können.

Es ist besonders hervorzuheben, daß mit Schutzbekleidung ausgerüstete Truppenteile unter Kampfbedingungen, d. h. unter Umständen schwerster körperlicher Beanspruchung ständig, d. h. unter Umständen mehrere Tage lang, die Schutzbekleidung tragen müssen, so daß Schutzbekleidung aus dem bekannten, luftundurchlässigen Material praktisch nicht verwendbar ist, da der für die Haut erforderliche Luftaustausch nicht hergestellt werden kann.

Von dieser Problemlage ausgehend soll die Erfindung den Verbundwerkstoff der eingangs genannten Art dahin weiterbilden, daß er einerseits geeignet ist, extrem hohe, kurzzeitige Wärmbelastungen abzuschirmen, andererseits aber luftdurchlässig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist die äußere Textilschicht aus einem nichtbrennenden Textilgewebe gebildet, das im übrigen beliebig eingefärbt werden kann. Bei Auftreffen einer Wärmestrahlung der genannten Art wird das äußere Textilgewebe zwar veraschen, es entsteht aber keine offene Flamme, welche tieferliegende Schichten beeinträchtigen könnte. Die Mineralfaserschicht behält trotz der Wärmeeinwirkung im wesentlichen ihre Form bei und wahrt somit den mechanischen Zusammenhalt des Materials, während sie gleichzeitig hinlänglich Wärme aufnimmt, um zu verhindern, daß die Schaumstoffschicht beschädigt wird. Natürlich läßt es sich nicht vermeiden, daß bei der genannten Wärmeeinwirkung insbesondere dann, wenn die Oberfläche des erfindungsgemäßen Werkstoffs feucht ist, heiße Gase entstehen, welche in den luftdurchlässigen Werkstoff eintreten können. Derartige Gase werden von der Aktivkohle adsorbiert, während ein Wärmeaustausch zur Aktivkohle hin stattfindet.

Obwohl der erfindungsgemäße Werkstoff luftdurchlässig ist, bietet er dennoch eine hinlängliche Abschirmung gegenüber einer Wärmbelastung der genannten Art.

Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich überraschenderweise zusätzlich zur militärischen Verwendung dadurch, daß die eingelagerte Aktivkohle auch Kampfstoffe adsorbiert, so daß auch bei Einsatz von Berührungskampfstoffen wie etwa Giftgas ein Schutzanzug aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff außerordentlich hohen und langdauernden Schutz bietet.

Da häufig dem Einsatz einer Kernwaffe radioaktiver Niederschlag folgt, kann dieser durch die bei Auftreten der Wärmestrahlung der Kernwaffe nicht zerstörten Aktivkohleteilchen adsorbiert werden, so daß aer erfindungsgemäße Werkstoff in ganz besonderer Weise für militärische Schutzbekleidung geeignet ist.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Werkstoffs können gegebenenfalls dadurch noch verbessert werden, daß die Innenoberfläche des Schaumstoffs mit einem Gewebe oder Gewirk aus Fasern abgedeckt ist.

Wegen der einfachen Herstellungsweise ist es gemaß einer Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß der Schaumstoff auf die Mineralfaserschicht aufgeschweißt oder aufgeklebt ist, wobei insbesondere ein duroplastischer Klebstoff von Vorteil ist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es aber auch von Vorteil, daß der Schaumstoff auf die Gewebeschichten aufgenäht ist; durch diese Ausgestaltung wird nach Hitzeeinwirkung sichergestellt, daß die Mineralfasern zur Stützung des Schaumstoffes fest mit diesem verbunden bleiben, selbst wenn durch Wärmeeinwirkung der Schaumstoff in den den Materialfasern benachbarten Bereichen kurzzeitig geschmolzen würde. Es ist allerdings zweckmäßig, zum Vernähen einen hitzebeständigen Faden insbesondere aus Mineralfasern zu verwenden.

2") Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenoberfläche des Schaumstoffes mit einem Gewebe oder Gewirk aus Fasern abgedeckt, die den Schaumstoff vor Beschädigung schützen, das Ausfallen von Aktivkohlepartikeln weitgehend ver-

i(i hindern und im übrigen eine hautfreundlichere Oberfläche schaffen. Diese Fasern sind Polyamidfasern, die mit dem Schaumstoff verschweißt oder verklebt sind. Derartige Fasern weisen nicht nur die erforderliche chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit

ι > auf, sondern es ist insbesondere die Herstellung eines feinmaschigen, jedoch nicht verfilzenden und hinlänglichporösen Gewebes möglich, das einerseits Aktivkohlepartikel zurückhält, andererseits sich aber nicht etwa durch Verfilzung od. dgl. zusetzt.

4(i Es ist grundsätzlich möglich, einen Schaumstoff zu verwenden, der mit Aktivkohlepulver versetzt ist, wie dies etwa durch die deutsche Offenlegungsschrift 2400827 bekannt ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung aber ist es besonders von Vorteil, daß die Ak-

4i tivkohlepartikel mindestens zum Teil als kugelige, poröse Adsorberkörner ausgebildet sind. Der Aufbau und die Herstellungsweise derartiger Adsorberköi ner ist im einzelnen in der DE-AS 2 804 154 beschrieben. Diese Adsorberkörner weisen eine verhältnismäßig

geschlossene Außenoberfläche auf, sind jedoch insgesamt porös, so daß die zum Adsorbieren von Stoffen zur Verfügung stehende Fläche außerordentlich groß ist. Durch kurze Wärmeeinwirkung bei hoher Temperatur werden derartige Adsorberkörner allenfalls im Oberflächenbereich beschädigt, es verbleibt jedoch im Regelfall nach der Wärmeeinwirkung ein hinlänglicher Rest an Fragmenten der Adsorberkörner, um eine entgiftende und reinigende Wirkung sicherzustellen.

ho Als Schaumstoff dient gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise Polyurethanschaum, der die hinlängliche Beständigkeit gegenüber Schadstoffen aufweist und den Erfordernissen des Einsatzes hinlänglich gerecht wird.

_h.j Wie Versuche ergeben haben, ist eine 2 mm dicke Schaumstoffschicht bei Schutzkleidung weit weniger hinderlich, als dies zu erwarten wäre, da der verwendete Polyurethanschaumstoff außerordentlich leicht

und schmiegsam ist.

Für das erfindungsgemäße Verbundmaterial eignen sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung insbesondere Mineralfasern, die knapp zur Hälfte aus Siliziumdioxid und knapp zu einem Viertel ' als Calciumoxid bestehen; ferner enthalten die Fasern Natriumoxid, Bortrioxid und Aluminiumtrioxid.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindungwerden diese Materialien in einem Malgang vermischt, zwölf Stunden lang bei + 1400° C geschmol- ι ο zen, dann zwölf Stunden lang bei +1200⁰C ausgearbeitet. Anschließend läßt man die erhaltene Masse langsam erkalten, granuliert sie in festem Zustand, schmilzt sie erneut auf und zieht sie mittels Düsen zu Fäden aus, die anschließend verwebt werden. Ein derartiges Gewebe wird den Anforderungen an Festigkeit und Wärmebeständigkeit in besonderer Weise gerecht.

Zum Kaschieren eines derart gewonnenen Gewebes mit dem Textilgewebe wird ein Kleber verwendet, -'(> der durch Polyaddition von Triisocyanaten mit zweiwertigen Alkoholen oder anderen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen hergestellt wird; das erhaltene Polyurethan wird in einem Keton gelöst und im Verhältnis 9:1 mit einer geeigneten, handelsüblichen, gesättigten Bromlösung versetzt. Bei einem 6stündigen Rühren unter Luftabschluß werden 5 g Magnesiumpulver, trocken gewogen, jeweils auf 100 g Polyurethan, naß gewogen, langsam zugesetzt.

Von diesem Kunststoffkleber werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Menge von ca. 25 g/m² auf das Mineralfasergewebe aufgetragen und anschließend in einem Luftstrom bei 180° C von Lösungsmitteldämpfen befreit. Anschließend wird das beschichtete Mineralfasergewebe in einer J3 Kaschieranlage mit dem Textilgewebe zusammengebracht und bei Drücken von ca. 300 kg/cm² verpreßt (zwischen zwei Preßwalzen gemessen). Anschließend wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das erhaltene Materia! mit Natriumsilikat gepudert und in Längenabschnitten von 2000 bis 3000 Laufmetern gewickelt, wobei das Material zum Auspolymerisieren des Thermoplastes ca. 72 Stunden in dem Wickel verbleiben sollte. Hierdurch wird ein besonders widerstandsfähiges Material geschaffen.

Es ist grundsätzlich möglich, Schutzbekleidungsstücke wie etwa Stiefel od. dgl. als Formstücke herzustellen; bevorzugterweise wird jedoch ein Bahnmaterial hergestellt, das dann zu den gewünschten Bekleidungsstücken verarbeitet wird. Bei der Verarbettung, die durch Nähen erfolgen kann, ist es besonders von Vorteil, wenn das mit dem Mineralfasergewebe kaschierte Textilgewebe mit Mineralfaser!äden vernäht wird, die nicht die gesamte Dicke des Verbundmaterials durchdringen; die Innenseite kann zusätzlich mit geeigneten anderen Fäden vernäht sein.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, daß sich das erfindungsgemäße Verbundmaterial zwar besonders gut für Bekleidung eignet, jedoch nicht auf diese Verwendung beschränkt ist. Es ist vielmehr möglich, aus diesem Material Beutel etwa zur Aufbewahrung von wärmeempfindlichem Material wie etwa Handfunkgeräten, Sprengkapseln od. dgl. zu verwenden; es ist auch möglich, Abdeckplanen, Schlafsäcke, Zeltplanen u. dgl. zur Herstellung und Ausstattung von Stellungen zu verwenden, die gegenüber der Wärmeeinwirkung von Kernwaffen in gewissem Umfang geschützt sind, wobei sich die Erfindung auch auf alle diese, aus dem erfindungsgemäßen Material gefertigten Gegenstände- und - soweit geoffenbart - auf deren Herstellung erstreckt.

In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine Stoffbahn bzw. ein Schutzbekleidungsstück aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff schematisch dargestellt. Der Außenseite A ist eine Textilschicht 1 aus Baumwollgewebe, auf die ein Mineralfasergewebe 2 mittels eines thermoplastischen Polyurethanklebers aufkaschiert ist. An das Mineralfasergewebe schließt eine Polyurethan-Schaumstoffschicht 3 an, deren Poren mit Aktivkohle besetzt sind, die zumindest zum Teil aus kugeligen, porösen Aktivkohlekörpern bestehen, deren Innenporen eine außerordentlich große wirksame Oberfläche aufweisen. Die der Innenseite / der Verbundwerkstoffbahn zugewandte Oberfläche des Schaumstoffes 3 ist mit einem Gewebe bzw. Gewirk 4 aus Polyamidfasern abgedeckt, die mit dem Schaumstoff 3 verklebt bzw. verschweißt sind.

Das dargestellte Material bietet Personen einen hinlänglichen Schutz gegen eine thermische Impulsstrahlung bis zu 32cm~²s~' bzw. 135 J Cm^-2S"¹.

Die Luftdurchlässigkeit des gezeigten Verbundwerkstoffes beträgt bei Anwendung der in der Beschreibungseinleitung genannten bevorzugten Dimensionierung 300 I/m² bei 1 cm WS Unterdruck. Das Gewicht beträgt ca. 150 g/m² für 1 und 2 sowie 250 g/m² für 3 und 4 = ca. 400 g/m² für den gesamten Verbund.

Die beiden äußeren Schichten 1, 2 und die Schaumstoffschicht 3 bzw. die Schaumstoff- und Gewirkschicht 3, 4 sind miteinander vernäht, wobei in besonders vorteilhafter und wirtschaftlicher Weise bei der Anfertigung von Schutzbekleidungsstücken, Schutzbeuteln, Schutzabdeckungen od. dgl. die einzelnen, miteinander zu vernähenden Zuschnitteile gesondert oder gemeinsam aus einer aus den äußeren Schichten 1, 2 gebildeten Bahn sowie aus einer aus den inneren Schichten 3 bzw. 3 und 4 gebildeten Bahn ausgeschnitten und erst beim Zusammennähen des Schutzbekleidungsstücks od. dgl. durch die hierfür erforderlichen Nähte miteinander verbunden werden. Hierbei ist es, falls erforderlich, besonders von Vorteil, großflächige Zuschnitteile zusätzlich abzusteppen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung, mit einem Textilgewebe als Außenschicht, an das sich eine Faserschicht anschließt, und einer luftdurchlässigen, wärmedämmenden Innenschicht, die gegebenenfalls an der freien Oberfläche durch eine textile Deckschicht abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilgewebe (1) nicht entflammbar isi, daß die Faserschicht (2) aus Mineralfasern besteht, und daß die Innenschicht eine Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff (3) ist, deren Poren mit Aktivkohlepartikeln besetzt sind.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilgewebe ein wasserabweisend, ölabweisend und flammwidrig ausgerüstetes Baumwollgewebe (1) mit einem Flächengewicht von etwa 80 g/m² ist.

3. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilgewebe (1) mit einem Gewebe (2) aus Mineralfasern mit einem Flächengewicht von 40 g/ m² kaschiert ist.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kaschierungs-Zwischenschicht zwischen Textilgewebe (1) und Mineralfasergewebe (2) aus thermoplastischem Kunststoffklebstoff, so

5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff (3) auf die Mineralfaserschicht (2) aufgeschweißt ist.

6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprü- π ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff (3) auf die äußeien Schichten (1, 2) aufgenäht ist.

7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Deckschicht 4« (4) Polyamidfasern sind, die mit dem Schaumstoff (3) verschweißt oder verklebt sind.

8. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlepartikel mindestens zum Teil als kugelige 4^r> Adsorberkörner ausgebildet sind.

9. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff (3) Polyurethanschaumstoff ist und vorzugsweise eine Dicke von 2 mm aufweist. ^r>o

10. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralfasern (2) aus folgenden Materialien bestehen:

54,5 Teile Siliziumdioxid (SiO₂), v>

0,5 Teile Natriumoxid (Na₂O),
8,5 Teile Bortrioxid (B₂O₃),
14,5 Teile Aluminiumtrioxid (Al₂O₃) und
22 Teile Calciumoxid (CaO),

jeweils auf das Gewicht bezogen. wi

1 1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach Anspruch K), dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der Faserschicht (2) Materialien gemäß Anspruch 10 in einem Mahlgang vermischt, zwölf Stunden lang bei h^r> 1400° C schmilzt, zwölf Stunden lang bei 1200° C ausarbeitet, langsam erkalten läßt, in festem Zustand granuliert, erneut aufschmilzt und im Dü

senziehverfahren zu Fäden auszieht.

12. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kaschieren in üblicher Weise hergestelltes thermoplastisches Polyurethan verwendet wird, wobei jedoch dieses vor der Verwendung in einem geeigneten Lösungsmittel, insbesondere einem Keton, gelöst, mit einer gesättigten Bromlösung behandelt und bei einem mehrstündigen Rühren unter Luftabschluß mit etwa 5% feinstgemahlenem Magnesiumpulver, bezogen auf das Naßgewicht des Polyurethans, versetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkleber mit einem Trockengewicht von ca. 25 g/m² auf das Mineralfasergewebe (2) aufgetragen und danach vorzugsweise bei 180° C luftgetrocknet wird, und daß dann das Baumwollgewebe (1) bei ca. 294 bar Andruck aufgewalzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Aufwalzen Natriumsilikatpuder auf mindestens eine Oberfläche aufgestäubt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das kaschierte. Gewebe aus Baumwoll- und Mineralfasergewebe (1,2) stramm aufgewickelt wird und für ca. 72 Stunden zum Polymerisieren des Kunststoffklebers gewickelt bleibt.

16. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schichten (1,2) auf den Schaumstoff (3) zunächst lose aufgelegt werden und erst bei der Konfektionierung von Schutzbekleidung gleichzeitig mit den einzelnen Schnitteilen an den Nähten zusammengenäht werden.