DE2843974C3 - Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrlagigen Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung mit einem nicht entflammbaren Textilgewebe als Außenschicht, an das sich eine Mineralfaserschicht anschließt und einer luftdurchlässigen, wärmedämmenden Innenschicht, die ggf. an der freien Oberfläche durch eine textile Deckschicht abgedeckt ist, wobei die Innenschicht eine Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff ist deren Poren mit Aktivkohlepartikeln besetzt sind, nach Patent 28 29 599.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundwerkstoffes.

Der Gegenstand des genannten Patentes löst die Aufgabe, den durch die DE-OS 25 53 78! bekannten Verbundwerkstoff dahingehend weiterzubilden, daß er einerseits geeignet ist, extrem hohe, kurzzeitige Wärmebelastungen abzuschirmen, andererseits aber luftdurchlässig ist. Hierbei wird durch den eingangs genannten Werkstoff des Patents 28 29 599 durch das Einlagern von Aktivkohle in die Poren einer Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff verhindert, daß zusammen mit der Luft auch chemische Schadstoffe durch den Verbundwerkstoff hindurchdringen und den Körper des Trägers einer Schutzbekleidung schädigen können, welche aus dem Verbundwerkstoff angefertigt ist.

Der Verbundwerkstoff hat vielfältige Einsatzbereiche: z. B. im militärischen Einsatz dort, wo mit einer Kernexplosion gerechnet wird, oder im zivilen Bereich beispielsweise für Brandschutzkleidung.

Wird der Verbundwerkstoff von Regen- oder Spritzwasser beaufschlagt wie dies etwa der Fall ist, wenn der Träger eines Schutzanzuges aus dem Verbundwerkstoff sich im Regen oder bei Löscharbeiten im Lösch-Spritzwasser aufhält, dann sickert das Wasser durch Textilgewebe und Mineralfaserschicht und gelangt in die luftdurchlässige Schaumstoffschicht, die auf der Innenseite des Verbundwerkstoffes angeordnet ist. Durch die Saugwirkung des Schaumstoffs kann Wasser zur Innenseite des Verbundwerkstoffes gelangen. welches zwar durch die Wirkung der Aktivkohlepartikel von chemischen Schadstoffen gereinigt wird, aber dennoch geeignet ist, Wohlbefinden und Einsatzfähigkeit des Trägers einer derartigen Schutzbekleidung wesentlich zu beeinträchtigen.

Der eingangs genannte Verbundwerkstoff soll daher unter Beibehaltung seiner zur Lösung der obengenannten Aufgabe führenden Merkmale und Eigenschaften noch dahingehend weitergebildet werden, daß er gegenüber Flüssigkeiten und insbesondere Wasser selbst über einen längeren Zeitraum hinweg möglichst undurchlässig wird, ohne daß zumindest in trockenem Zustand seine Luftdurchlässigkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen verbesserten Verbundwerkstoffs zu finden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der eingangs genannte Verbundwerkstoff dahingehend weitergebildet, daß zwischen Textilgewebe und Mineralfaser-

schicht eine luftdurchlässige, poröse Wassersperrschicht angeordnet ist Diese Merkmale sind bereits, für sich allein betrachtet, durch die oben genannte DE-OS 25 53 781 bekannt, ohne daß jedoch dieser Druckschrift die Gesamtheit der Merkmale des eingangs genannten Verbundwerkstoffs entnommen werden könnte.

Da die Wassersperrschicht sandwichartig zwischen Baumwollgewebe und Mineralfaserschicht eingeschlossen ist, die beide derart ausgebildet sein können, daß sie nur einen sehr geringen Dehnungskoeffizienten aufweisen, ist es möglich, als Wassersperrschicht eine außerordentlich dünne Folie aus Polyäthylen niederer Dichte zu verwenden, dessen Permeationskoeffizient für Luft verhältnismäßig hoch ist, das aber für Wasser praktisch undurchlässig ist Es ist auch möglich, ein feinmaschiges Gitter oder Netz aus einem durch Wasser oder durch solche Flüssigkeiten nicht benetzbarem Material vorzusehen, gegenüber denen sich der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff abstoßend verhalten soll. Es ist allerdings darauf zu ach'.en, daß als Wassersperrschicht ein Material gewählt wird, das möglichst nicht entflammbar ist sondern ohne offene Flammenentwicklung bei großer Hitzeeinwirkung verascht Sollte eine Wassersperrfolie verwendet werden, deren Material entflammbar ist, dann ist die Folie so dünn zu halten, daß sie nach kurzem, einmaligem Aufflammen bereits abgebrannt ist. Ferner ist bei Verwendung thermoplastischer Stoffe darauf zu achten, daß die Masse der Wassersperrschicht hinlänglich klein gehalten wird, damit nicht etwa thermoplastisches Material bei Wärmeeinwirkung schmilzt, in die Mineralwolleschicht eindringt und diese derart verklebt, daß die luftundurchlässig wird. Es muß auch verhindert werden, daß ein verflüssigter bzw. geschmolzener Stoff beim Einsickern durch Poren der Mineralwolle eine größere Wärmemenge in die darunterliegende innere Schaumstoffschicht einbringt.

Verwendet man eine wasserdichte Folie oder ein dünnes, wasserabweisendes Netz bzw. Gitter, durch das wegen der geringen Abmessungen seiner Poren keine Wassertröpfchen eindringen können, dann muß damit gerechnet werden, daß durch eine bereits geringe Beschädigung, wie etwa Nahtstellen, feine Dauerbruchstellen, oder durch Nadelstiche oder dergl. beschädigte Stellen ständig Wasser eindringt Um die zu verhindern, wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Wassersperrschicht als zusätzliche, wasserbeständige Schicht aus offenporigem Schaumstoff ausgebildft ist; ist diese Schaumstoffschicht verhältnismäßig dünn, verglichen mit der Textilgewebeschicht und/oder der Mineralfaserschicht, die jeweils eine Trägerschicht bilden, dann stützt diese Trägerschicht die Schaumstoffschicht hinlänglich, um zu verhindern, daß bei den während des Gebrauchs des Verbundwerkstoffes eintretenden Biegungen, Knickungen und dergl., die Schaumstoffschicht zwischenzeitlich derart zusammengedrückt wird, daß sie infolge der sich ergebenden Pumpwirkung Wasser zur Innenseite des Verbundwerkstoffes hindurchdrückt Im übrigen muß auch aus den bereits oben erläuterten Gründen zum Verhindern des Zusetzens der Mineralstoffschicht durch geschmolzenen Schaumstoff dafür Sorge getragen werden, daß die zusätzliche Schaumstoffschicht nicht zu dick ist Verwendet man für den Schaumstoff ein Material, das von der Flüssigkeit nicht benetzt werden kann, gegenüber der der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff abstoßend wirken soll, und bildet man den Schaumstoff derart aus, daß zwar dessen Großporen

groß genug sind, um sich ansammelnde Flüssigkeitströpfchen aufzunehmen, dessen KJeinporen aber, die die Großporen untereinander verbinden, so klein sind, daß sie wegen der wechselseitigen Grenzflächenwirkung zwischen Schaumstoffmaterial und Flüssigkeit diese nicht mehr in tieferliegende Großporen eindringen lassen, dann bildet sich innerhalb des Schaumstoffes bei Benetzung eine geschlossene, flüssigkeitsgetränkte Schicht, die wegen der »Oberfüllung« des Oberflächenbereiches des Schaumstoffes wasserabweisen wirkt und daher selbst bei langdauernder Beaufschlagung verhindert, daß Flüssigkeit in tieferliegende Schichten des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes eindringen kann. Zwar ist in diesem Zustand die Luftdurchlässigkeit des Verbundwerkstoffes ebenfalls beeinträchtigt da nur in die Außenoberfläche der zusätzlichen, wassersperrenifen Schaumstoffschicht einmündende Kleinporen, die nicht durch Wassertröpfchen ausgefüllt werden können, zur Gas- und Luftleitung dienen. Wird jedoch die Wasserbeaufschlagung eingestellt, dann trocknet der schmale Oberflächenbereich der Schaumstoffschicht, der unmittelbar unter dem Textilgewebe liegt rasch aus und stellt die volle Atmungsfähigkeit des Verbundmaterials wieder her.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zusätzliche Schaumstoffschicht als wabenartiges Gitter aus unregelmäßig verteilten Zellen gebildet; da die Zellen eines wabenartigen Gitters aneinandergrenzen, ergibt sich eine unregelmäßige Verteilung der Zellen unterschiedlicher Größe, von denen aufgrund der gewählten Zellengrößenordnungen und des für den Schaumstoff verwendeten Materials die größeren Wassertröpfchen aufnehmen und eine zuverlässige Flüssigkeitssperre herstellen, während die kleineren selbst bei Benetzung ein weiteres Belüften des Werkstoffes sicherstellen. Im übrigen sind bei einem wabenartigen Gitter allenfalls wenige Zellenlagen übereinanderliegend angeordnet, wobei es sich vorzugsweise nur um ein oder zwei Zellenlagen handelt, so daß die Schaumstoffschicht außerordentlich dünn ist und deshalb nicht schwammartig Flüssigkeit in das Innere des Verbundmaterials pumpen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im wesentlichen alle an das Textilgewebe angrenzenden Poren zu diesem hin offen, um bei Flüssigkeitsbeaufschlagung eine möglichst geschlossene Benetzungsschicht im Oberflächenbereich der zusätzlichen Schaumstoffschicht zu erhalten, so daß hierdurch dessen nahezu absolute Flüssigkeitsdichte sichergestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Wände der an das Textilgewebe angrenzenden Poren an dessen Fasern angeheftet, so daß die Wände der zur Außenseite des Verbundwerkstoffes hin offenen Poren durch das Textilgewebe gestützt werden und deshalb nicht in einer Richtung parallel zum Flächenverlauf des Verbundwerkstoffes zusammengedrückt werden können. Es wird somit noch weiter verhindert, daß bei Biegen, Knicken und ähnlichen Beanspruchungen des Verbundwerkstoffes die flüssigkeitsgefüllten Poren der benetzten Schicht derart zusammengedrückt werden, daß der Flüssigkeitsinhalt der Poren zur Innenseite des Verbundwerkstoffes hinausgepreßt werden könnte.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen /erbundwerkstoffes kann z. B. eine dünne Folie aus fertigem Schaumstoff verwendet werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird aber besonders

durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes noch weiter gelöst, das darin liegt, daß zur Herstellung der zusätzlichen Schaumstoffschicht ein streichfähiger thermoplastischer Kunststoffkleber auf Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird, der mit einem Treibmittel versetzt ist. Durch dieses Verfahren wird insbesondere die innige und gute Verbindung zwischen Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht mit der Schaumstoffschicht sichergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Treibmittel vor Auftragen des Klebers zur Gasentwicklung gebracht, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Gasentwicklung und die Größe der sich entwickelnden Poren bequem eingestellt werden können, indem man die Gasentwicklung und somit die Porenbildung durch allmähliche Zugabe von Treibmittel steuert.

Hierbei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung von Vorteil, daß der noch streichfähige Kleber nach abgeschlossener Gasentwicklung auf Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird, wobei das Material des Klebers bzw. dessen Viskosität derart eingestellt werden muß, daß die eingeschlossenen Gasblasen im streichfähigen Kleber verbleiben, selbst wenn er aufgestrichen wird. Nur in den unmittelbaren Berührungsbereichen zwischen Kleber und der Schicht, auf die aufgetragen wird, platzen die Poren auf; solange der Kleber noch klebfähig ist, kann die zweite Trägerschicht aufgebracht werden. Hierbei ist es besonders von Vorteil, eine Anordnung zu treffen, bei der bei noch streichfähigem Kleber das Textilgewebe über diesem liegt, so daß etwa nach oben steigende Gasblasen für eine große Anzahl offener Poren in unmittelbarem Anschluß an das Textilgewebe sorgen.

Es ist schließlich unter besonderen Umständen auch von Vorteil, daß der noch streichfähige Kleber auf Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht aufgetragen wird und daß das Treibmittel zur Gasentwicklung gebracht wird, während der Kleber zwar bereits aufgetragen, jedoch noch plastisch ist Die Gasentwicklung des Treibmittels findet somit erst dann statt, wenn der Kleber bereits aufgetragen ist und wenn mindestens eine seiner Trägerschichten die zur späteren Schaumstoffschicht hin richtige Lage einnehmen. Es ist somit möglich, Stoffbahnen genau gewünschter Dicke in geschlossenen Formen herzustellen, die zwar gasdurchlässig sind, aber ein Ausdehnen des Verbundmaterials über einen bestimmten Bereich hinaus verhindern. Hierbei sorgt die nachträglich einsetzende Gasentwicklung dafür, daß sich Gasblasen im Kunststoffkleber in das jeweils benachbarte Trägermaterial hinein öffnen und somit zu diesem hin einen offenporigen Verbindungsbereich darstellen, in dem Kleber und Trägerschicht innig miteinander verbunden sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht zusammen mit der Schaumstoff- oder Kleberschicht erwärmt, um eine noch innigere Verbindung zwischen Trägerschicht und Schaumstoffschicht herzustellen, um durch diese gute Verbindung zu verhindern, daß sich die Schaumstoffschicht örtlich ablöst und bei Biegen des Verbundwerkstoffes eingeklemmt und somit zusammengedrückt wird.

Diese Erwärmung erreicht gemäß der Ausgestaltung die Anspringtemperatur des Treibmittels, das im noch plastischen oder durch die Erwärmung wieder plastifizierten Kleber enthalten ist; es ist somit möglich, den Gasentwicklungsvorgang gesteuert auszulösen, um ein möglichst gleichmäßiges und reproduzierbares Produkt zu erreichen.

Die Erwärmung könnte vorteilhaft dadurch herbeigeführt werden, daß das Textilgewebe, Schaumstoffschicht und Mineralfaserschicht zwischen beheizten Walzen zusammengebügelt werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es aber besonders von Vorteil, daß die Erwärmung durch Beaufschlagen der

ίο freien Oberfläche von Textilgewebe und/oder Mineralfaserschicht mit Heißgas erfolgt, dessen Temperatur und/oder Beaufschlagungszeit derart gewählt ist, daß keine Schädigung von Textilgewebe bzw. Mineralfaserschicht erfolgt Es wird hierdurch eine Erwärmung des an die jeweils beflammte Trägerschicht angrenzenden Qberflacheribereäches des Schaumstoffes bzw. Klebers erzielt, so daß die in diesem Bereich liegenden Poren zum Trägergewebe hin aufplatzen, wobei deren Wandmaterial wegen der Plastifizierung sich innig mit dem Material des jeweiligen Trägergewebes verklebt. Während das Beflammen durch die Trägerschicht hindurch nur dann sinnvoll ist, wenn diese verhältnismäßig weitmaschig bzw. grobporig ausgebildet ist, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung für die meisten Anwendungsfälle von Vorteil, daß die Schaumstoffschicht jeweils nur auf eine der Trägerschichten, vorzugsweise die Mineralfaserschicht, aufgebracht wird, und von ihrer freien Oberfläche her mit Heißgas beaufschlagt wird, bis Poren an dieser Oberfläche aufplatzen, und daß, während der erwärmte Kunststoff im Oberflächenbereich noch plastisch ist, das Textilgewebe bzw. das andere Trägergewebe auf die aufgeplatzten Poren aufgebracht wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung eines Polyurethanklebers besonders vorteilhaft.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert, die

einen Querschnitt durch eine Stoffbahn bzw. ein Schutzbekleidungsstück aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff zum Schutz gegen thermische und chemische Belastung zeigt

Es wird nun der dargestellte Verbundwerkstoff zum Schutz vor thermischer und chemischer Belastung abgehandelt; der Außenseite A zugewandt ist eine Textilschicht 1 aus Baumwollgewebe, auf die eine Schaumstoffschicht 2 aufgebracht ist Auf die Schaumstoffschicht 5 ist ein Mineralfasergewebe 2 aufgebracht An das Mineralfasergewebe schließt eine Polyurethan-Schaumstoffschicht 3 an, deren Poren mit Aktivkohle besetzt sind. 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.

Die Schaumstoffschicht 5 ist als wabenartiges Zellgitter ausgebildet das dadurch hergestellt wurde, daß man Polyurethan-Klebstoff mit einem handelsüblichen Treibmittel aufgeschäumt hat und dann — einmal auf das Baumwollgewebe und einmal auf das Mineralfasergewebe — aufgeflammt hat Hierbei ist gleichzeitig eine feste gegenseitige Verbindung aller drei Materialschichten hergestellt worden.

b5 Wegen der intermolekularen Wechselwirkung an der Grenzfläche zweier Phasen — Wasser und Polyurethan-Schaumstoff — ist ein Abtropfen des Wassers durch die Mineralfaserschicht in den Verbund verhindert und sind

gleichzeitig die offenen Gewebemaschen des äußeren Baumwollgewebes gegen das Eindringen weiterer Flüssigkeit durch »Überfüllung« gesperrt. Hierdurch wird eine Dichte gegenüber fallenden Wassertropfen aus zwei Metern Höhe (dies entspricht 80% der von Regen erreichten Endgeschwindigkeit) erreicht, indem nach der ersten »Auffüllung« der Sperrschicht mit

Wasser alle weitere Flüssigkeit über die äußere Gewebeoberfläche abläuft.

Die in den Zeichnungen dargestellten Abmessungen sind nicht maßstabgerecht. Für das dargestellte Material hat sich eine Dicke von ca. 5 mm ± 15% als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Mehrlagiger Verbundwerkstoff für Schutzbekleidung, mit einem nichtentflammbaren Textilgewebe als Außenschicht, an das sich eine Mineralfaserschicht anschließt, und einer luftdurchlässigen, wärmedämmenden Innenschicht, die gegebenenfalls an der freien Oberfläche durch eine textile Deckschicht abgedeckt ist, wobei die Innenschicht eine Schicht aus luftdurchlässigem Schaumstoff ist deren Poren mit Aktivkohlepartikeln besetzt sind, nach Patent 28 29 599, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Textilgewebe (t) und Mineralfaserschicht (2) eine luftdurchlässige, poröse Wassersperrschicht (5) angeordnet ist

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersperrschicht als wasserabweisende Schaumstoffschicht (5) ausgebildet ist

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schaumstoffschicht (5) als wabenartiges Gitter aus unregelmäßig verteilten Zellen gebildet ist

4. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle an das Textilgewebe (1) angrenzenden Poren zu diesem hin offen sind.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der an das Textilgewebe (1) angrenzenden Poren an dessen Fasern anhaften.

6. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Schaumstoffschicht (3) ein streichfähiger, thermoplastischer Kunststoffkleber verwendet wird, der mit einem Treibmittel versetzt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel vor dem Auftragen des Klebers zur Gasentwicklung gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der noch streichfähige Kleber nach abgeschlossener Gasentwicklung auf Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht (2) aufgetragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der noch streichfähige Kleber auf Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht (2) aufgetragen wird, und daß das Treibmittel nachfolgend zur Gasentwicklung gebracht wird, während der Kleber noch plastisch ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaserschicht (2) zusammen mit der Kleberschicht (5) erwärmt werden, und daß bei der Erwärmung die Anspringtemperatur des Treibmittels erreicht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Beaufschlagen der freien Oberfläche von Textilgewebe (1) und/oder Mineralfaser schicht (2) mit Heißgas erfolgt, dessen Temperatur und/oder Beaufschlagungszeit derart gewählt ist, daß keine Schädigung von Textilgewebe (1) bzw. Mineralfaserschicht (2) erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschicht (5) jeweils nur auf die Mineralfaserschicht (2) aufgebracht wird und von ihrer freien Oberfläche her mit Heißgas beaufschlagt wird, bis Poren an dieser Oberfläche aufplatzen, und daß, während der erwärmte Kunststoff noch plastisch ist das Textilgewebe (1) auf die aufgeplatzten Poren aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß als Kleber
Polyurethankleber verwendet wird.