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Mehrschichtige
Schutzmaterialien
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Die Erfindung bezieht sich auf mehrschichtige
Schutzmaterialien, welche dazu vennrendet werden Kleidung für Feuerwehrleute
und Rettungspersonal zu nähen,
welche in Bereichen hoher Temperatur und offener Feuer eingesetzt
werden.
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Die Erfindung kann bei der Herstellung
anderer Kleidung wie Capes, Überzüge und Decken
verwendet werden, welche eine erhöhte Hitzeresistenz zum Einsatz
in Bereichen mit intensiver Wärmestrahlung
und ebenso offenen Feuers bei der Feuerbekämpfung aufweisen müssen, einschließlich der
Unterdrückung
brennender Quellen von Öl,
Gas oder anderer Substanzen.
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Stand der Technik
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Um Schutzkleidung herzustellen für Feuerwehrleute,
welche in Bereichen hoher Temperatur und offenen Feuers arbeiten,
wurden Materialien entwickelt, welche mehrschichtig aufgebaut sind
und Schichten aus hitzebeständigen
Fasern, hermetischen und wärmereflektierenden
Polymeren und metallpolymeren Schichten enthalten.
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Die bekannten Materialien lassen
auf die Kleidung während
des Löschvorgangs
auftreffendes Wasser nicht hindurchtreten, aber sie sind ebenso impermeabel
hinsichtlich der vom menschlichen Körper freigesetzten Feuchtigkeitsdämpfe, was
schwierige Arbeitsbedingungen für
die Feuerwehrleute schafft.
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Schutzkleidung aus feuerfesten Materialien sollte
einen gewissen Komfort bei der Arbeit in Notbereichen aufweisen:
sie sollte elastisch sein, ausreichend leicht, so dass sie die Bewegung
nicht einschränkt,
sie sollte wärmereflektierend
in einem solchen Maße
sein, dass die Temperatur im Bereich unterhalb der Kleidung nicht
einen solchen Wert über steigt,
in welchem ein Hitzeschlag auftreten kann, d. h. über 50°C, vorzugsweise
nicht mehr als 30°–35°C.
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Es ist ein feuerfestes Material bekannt,
welches durch Verbinden eines metallisierten Polyethylenterephthalatfüms mit einem
Tuch aus hohlen, nicht profilierten Fasern hergestellt wird, welche
mit Luft gefüllt
sind (Patent RU, No.
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2 008 044, A 62 B 17/00, 1994).
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Ein Nachteil des bekannten Materials
ist seine Instabilität,
wenn es in ein offenes Feuer fällt,
während
eines plötzlichen
Anwachsens eines Wärmeflusses,
d. h. der Polyethylenterephtaiatfilm schmilzt, löst sich vom Gewebe und ist
einer thermischen Zerstörung
ausgesetzt, was auf die Eigenschaften der Metallbeschichtung einwirkt:
es kräuselt
und blättert ab,
infolgedessen die wärmeresistenten
Eigenschaften des Tuches leiden.
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Es ist ein wärmereflektierendes Material
bekannt, welches eine Faserlage in Form eines wärmeresistenten Materials aufweist,
auf welche eine Schicht aus hermetischem Material hergestellt, aus feuerhaltigem
Gummi aufgebracht ist. Letztere ist verbunden mit einer hitzereflektierenden
Schicht bestehend aus einem der Metalle Aluminium, Nickel, Chrom,
welche durch Niederschlagen aus Vakuum aufgebracht sind. Die Metallschicht
ist ihrerseits belegt mit einer Schicht aus ungefülltem fluorenthaltendem
Gummi (Patent RU 2 082 469, A 62 B 17/00, 1997).
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Nachteilig an diesem bekannten Material
ist seine Impermeabilität
hinsichtlich Feuchtigkeitsdämpfen,
welche vom menschlichen Körper
ausgehen, ein niedriger thermischer Strahlungsreflexionsfaktor (50–60%), geringe
Adhäsion
der Metallschicht an die Schicht aus fluorenthaltendem Gummi, infolgedessen
Metallpartikel abfallen. Um die Metallschicht zu verstärken, ist
zusätrlich
eine Schicht aus ungefülltem
fluorenthaltendem Gummi auf die Metalloberfläche aufgetragen, wel che in
offener Flamme in 3–5
Sekunden verkohlt. Wenn sich die hitzeresistenten Eigenschaften
des Materials verschlechtern beendet die Kleidung ihre Funktionen.
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Es ist ein Material ist für hitzeresistente
Kleidung bekannt, welches eine Gewebebasis und eine Schicht aus
volumetrisch metallisiertem Material aufweist. Als volumetrisches
Material wird unter Verwendung von Aluminium im Vakuum oder durch
Aufdopplung mit Aluminiumfolie oder von chromplatiertem Polymerfilm
metallisierte Glasfaser eingesetzt (Patent RU 2 071 659, A 41 D
31/00, 1997).
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Nachteile dieses bekannten Materials
sind sein ungenügend
hoher Reflexionsfaktor, unbefriedigende Eigenschaften hinsichtlich
der Permeabilität; wenn
das Material mit einer Polymerfilmschicht aufgedoppelt wird, erlangt
es Luft- und Dampfundurchdringlichkeit, einschließlich für vom menschlichen Körper freigesetzter
Dämpfe;
wenn Metall durch Vakuumniederschlag auf Glasfasern angewendet wird, wird
es für
Feuchtigkeit undurchdringbar, einschließlich für Löschwasser.
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Das dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Material am nächsten
kommende ist ein wärmeresistentes
Material bestehend aus einer Schicht aus faserartigem Material,
einer äußeren Schicht
aus feuchtigkeitsresistentem Material mit einer metallisierten Schicht,
welche mit einem Schutzgewebe "Nomex" aus darauf aufgetragenem
Aramid besteht und eine innere dampfdichte Schicht aufweist (Patent USA
No. 4,502,153, 2/81 A 41 D 11/00, 1985).
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Nachteilig an diesem bekannten Material
ist das Fehlen von Dampf- und Luftdurchlässigkeit, was nicht erlaubt,
die Überschussfeuchtigkeit
von der Körperoberfläche zu entfernen,
ein niedriger Wärmereflexionsfaktor,
der es unmöglich
macht der Kraft eines Wärmeflusses
von mehr als 10 kW/m2 für eine längere Zeitdauer zu widerstehen,
sowie der Mehrschichtaufbau.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das technische Ergebnis, welches
bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung erzielt wird, ist die
Verbesserung des Komforts von Schutzkleidung aus dem vorgeschlagenen
Material, welches die Entfernung von Dämpfen aus Überschussfeuchtigkeit des Körpers direkt
durch das hitzebeständige Material
erlaubt, die die feuerfesten Eigenschaften dank eines größeren Widerstandes
gegen den Angriff von offenem Feuer, Beibehaltung der Materialfestigkeit
während
der Hitzeeinwirkung verbessert und einen Anstieg der Gebrauchszeit
der Kleidung und ebenso eine Strukturvereinfachung des Materials
zum Nähen
der Kleidung sowie eine Erhöhung der
Einsatzeigenschaften und der Wirksamkeit des Schutzes ermöglicht.
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Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht,
dass das wärmeresistente
feuerfeste Material ein hitzeresistentes Fasersubstrat aufweist
und eine Lage aus feuchtigkeitsresistentem Material mit einer darauf aufgetragenen
Metallbeschichtung, wobei erfindungsgemäß die feuchtigkeitsresistente
Lage aus zwei Schichten besteht, von denen eine ein sterisch vernetztes
Polymer umfasst mit einem Flüssigkeitsdiffusionskoeffizienten
gleich oder weniger als 10-9 cm2/sec
und die andere aus einem gummibasierten Elastomeren besteht. Gemäß einer
Variante der Erfindung weist das hitzeresistente Material ein poröses Material
auf aus der Gruppe Polyolefine, fluor-, chlor- oder siliciumenthaltende
Polymere mit einer Porengröße von 0,01–1,0 μm als Lage
aus feuchtigkeitsresistentem Material und Aluminium, Kupfer, Titannitrid
mit einer Schichtdicke von 0,05–0,25 μm als Metallschicht.
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Die Auswahl der Zusammensetzung der Schicht
aus feuchtigkeitsresistentem Material, welches aus sterisch verbundenem
Polymer besteht, auf welchem die Metallbeschichtung niedergeschlagen ist,
ist bezogen auf die Festigkeitscharakteristika des hitzebeständigen/feuerfesten
Materials. Wenn der Flüssigkeitsdiffusionskoeffizient
der Schicht 10-9 cm2/sec
(10-8-10-6 cm2/sec) übersteigt,
werden der Wärmereflexionskoeffizient
der Metallbeschichtung und die Festigkeit der Verbin dung mit der
hermetischen Schicht reduziert. Das Polymer mit der sterisch vernetzten
Struktur weist einen hohen Biegewiderstand auf als Ergebnis des
Vorbiegens der Kreuzvernetzung, was den Beibehalt der Originalform
und Originalgröße der Schicht
sichert, die während
der Einwirkung von Wärme
gebildet wird. Darüber
hinaus weist das sterisch vernetzte Polymer einen erhöhten Widerstand
gegen offenes Feuer auf.
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Chlorsulfoniertes Polyethylen, Polytetraflourethylen-vinyliden-Fluorid
Copolymer, Isobutylen-isopren Copolymer, Polysulfidpolymere (Thiocole)
und andere können
als kreuzvernetzte Polymere verwendet werden, fluorenthaltende Nitride
Polychloroprene, natürliche
oder synthetische Polyisoprene Acrylate, Polyurethane, Epichlorhydrin,
Silicon und andere Gummis können
als Gummi verwendet werden, aus welchen die hermetische Lage des
feuchtigkeitsresistenten Materials gebildet ist und die dazu dient,
das Fasersubstrat und die Lage aus sterisch vernetztem Polymer miteinander
zu verbinden.
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Das wärmeresistente Fasersubstrat
kann aus Glasfaser, Polyaramid, Polyimid und anderen hitzebeständigen Materialien
gefertigt sein.
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Aluminium, Nickel, Kupfer, Titannitrid,
Stahl und andere werden als Metallbeschichtung vennrendet.
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Die Dicke der Metallschicht für das Material, in
welchem die feuchtigkeitsresistente Schicht gefertigt ist besteht
aus zwei Lagen und beträgt
0,15–0,25 μm.
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In Übereinstimmung mit einer Variante
der Erfindung ist das hitrebeständige
feuerfeste Material, welches poröses
Material einer Porengröße von 0,01–1,0 μm enthält, undurchdringlich
für Wasser
in flüssigem
Aggregatrustand.
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Wenn die Poren eine Größe über 1,0 μm in der
feuchtigkeitsresistenten Lage aufweisen, wächst die Permeabilität hinsichtlich
Wasser scharf an, liegen die Poren unter 0,01 μm, werden sie virtuell undurchdringlich
für Dampf.
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Hitzebeständiges feuerfestes Material
gemäß einer
Variante der Erfindung, welches Aluminium, Kupfer, Titannitrid mit
einer Dicke der Metallschicht von 0,05–0,25 μm als metallische Beschichtungslage
enthält,
weist einen hohen technischen Reflexionskoeffzienten auf. Ein Anstieg
der Dicke der Metallschicht auf über
0,25 μm
reduziert die Dampf- Luftpermeabilität des Materials, wohingegen
eine Dickenreduzierung auf weniger als 0,05 μm den thermischen Reflexionskoeffizienten
reduziert.
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Die Erfindung wird durch die folgenden
Beispiele veranschaulicht:
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Beispiel 1
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Es wird ein hitzeresistentes feuerfestes
Material hergestellt durch Aufbringen einer hermetischen Lage eines
elastomeren Materials, auf Basis eines gefüllten fluorenthaltenden Gummis,
auf eine Tuchlage aus Glasfaser.
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Eine Schicht auf Basis von chlorsulfoniertem Polyethylen
einer Dicke von 0,5 mm und einem Flüssigkeitsdiftusionskoeffizienten
gleich 10-10 cm2/sec wird
auf das vorbereitete Tuchlagesubstrat aufgebracht und eine Schicht
von metallischem Aluminium wird auf diese Polyethylenlage durch
Vakuumniederschlag aufgetragen.
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Das hergestellte Material hat einen
Reflexionskoeffizienten von 93%, ist stabil gegen die Einwirkung
offener Flamme (Temperatur über
1.000°C)
für 1,5
Minuten.
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Beispiel 2
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Ein hitzebeständiges feuerfestes Material wird
hergestellt durch Aufbringen einer hermetischen Schicht bestehend
aus einem elastomeren Material auf Basis von Nitrilkautschuk (Butadienkautschuk) auf
eine Faserschicht eines Polyaramidtuches. Eine Lage auf Basis eines
Copolymers-Polytetraflourethylen-mit einer Dicke von 3 mm und einem
Flüssigkeitsdiffusionskoeffizienten
gleich 10-9 cm2/sec,
auf welche weiterhin Nickel niedergeschlagen wurde, wird auf das
Nitrilkautschuksubstrat aufgebracht. Der Reflexionskoeffizient des
hergestellten Materials beträgt 96%,
der Widerstand gegen die Einwirkung einer offenen Flamme ist 1 Minute.
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Beispiel 3
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Es wird ein hitzeresistentes feuerfestes
Material hergestellt durch Aufbringen einer Polymerschicht, auf
Basis von fluorenthaltendem Polymer mit einer Porengröße von 0,02 μm auf Glasfaser.
Danach wird eine Lage von Aluminium auf das vorbereitete Substrat
durch Vakuumauftrag aufgebracht, bis zu einer Schichtstärke von
0,1 μm.
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Das hergestellte Material ist charakterisiert durch
einen Koeffizienten der thermischen Reflexion gleich 90%. Es widersteht
einer offenen Flamme für 30
sec.
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Das Material weist Impermeabilität gegen Wasser
bis zu einem Wassersäulendruck
von 0,3 MPa auf. Die Luftdurchlässigkeit
des Materials erreicht 150 m3/m2 h
MPa.
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Beispiel 4
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Es wurde ein hitzefestes feuersicheres
Material hergestellt unter Anwendung einer Schicht auf Basis eines
fluorenthaltenden Polymers mit einer Porengröße von 0,01 μm auf einem
Gewebe auf Basis von Polyamidfasern. Ferner wurde eine Lage Aluminium
bis zu einer Schichtdicke von 0,2 μm auf die erste Lage durch Magnetstromniederschlag
aufgebracht. Der Koeffizient der Wärmereflexion des Materials
ist 97%. Der Widerstand gegen die Einwirkung einer offenen Flamme
ist mehr als 30 sec. Die Luftdurchlässigkeit des Materials beträgt 40 m3/m2
h MPa. Das Material hält
Wasserdurchlässigkeit
bis zu einem Wasserdruck von 0,6 MPa aufrecht.
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Beispiel 5
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Es wurde ein hitreresistentes feuerfestes Material
unter Anwendung einer Lage auf Basis eines siliconenthaltenden Polymers
zur Bildung einer porösen
Schicht auf einem Gewebe auf Basis von Polyamidfasern mit einer
Porengröße von 1,0 μm hergestellt,
anschließend
wurde darauf eine Kupferschicht durch Vakuumniederschlag bis zu
einer Schichtdicke von 0,25 μm
aufgetragen. Der Wärmereflexionskoeffizient
des Materials ist 90%. Der Widerstand gegen die Einwirkung offenen
Feuers beträgt
25 sec. Die Luftdurchlässigkeit
ist 120 m3/m2 h
MPa.
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Die Impermeabilität gegen Wasserstrahldruck entspricht
einem Wert von 0,06 μm.
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Beispiel 6
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Ein hitzefestes feuerbeständiges Material wird
hergestellt durch Verwendung von Chlorsulfopolyethylen auf Glasfaser,
um eine Schicht mit einer Porengröße von 0,5 μm unter anschließendem Vakuumauftrag
einer Aluminiumbeschichtung mit einer Stärke von 0,15 μm zu bilden.
Der Wärmereflexionskoeffizient
ist 92%. Der Widerstand gegen die Einwirkung einer offenen Flamme
ist 25 sec. Die Luftdurchlässigkeit
ist 60 m3/m2 h MPa.
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Wasserdurchlässigkeit des Materials besteht bis
0,5 MPa.
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Beispiel 7
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Es wird ein hitreresistentes feuerfestes
Material hergestellt durch Anwendung einer Schicht auf Basis von
Chlorsulfopolyethylen mit einer Porengröße von 0,01 μm auf Glasfaser
und anschließenden Auftrag,
einer Schicht aus Titannitrid darauf mit einer Dicke von 0,05 μm durch Magnetstromauftrag.
Der Koeffizient der Wärmereflexion
des hergestellten Materials beträgt
80%. Der Widerstand gegen die Ein wirkung einer offenen Flamme ist
20 sec. Die Luftdurchlässigkeit
ist 50 m3/m2 h MPa.
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Wasserresistenz besteht bis zu einem
Wassersäulendruck
von 0,5 MPa.
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Beispiel 8
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Es wird ein hitzeresistentes feuerfestes
Material hergestellt durch Verwendung einer Schicht von Chlorsulfopolyethylen
auf Glasfaser, um eine poröse Lage
mit einer Porengröße von 0,75 μm zu erhalten. Anschließend wird
eine Kupferschicht durch Vakuumauftrag bis zu einer Schichtdicke
von 0,1 μm
aufgetragen. Der Wärmereflexionskoeffizient
des hergestellten Materials ist 85%. Es widersteht einer offenen Flamme
für 20
sec. Die Luftdurchlässigkeit
ist gleich 170 m3/m2h
MPa.
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Wasserundurchdringlichkeit wird bis
0,2 MPa aufrechterhalten.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die Verwendung des vorliegenden Materials bei
der Herstellung von Schutrkleidung für Feuerwehrleute sichert die
Aufrechterhaltung einer Temperatur, die 24°–26°C (bei einer zulässigen Norm
von 50°C)
im Bereich unier der Kleidung nicht übersteigt, wenn Hitre mit einer
Kraft von 40 KW/m2 vorliegt.
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Aus dem vorgeschlagenen Material
hergestellte Kleidung ist elastisch und komfortabel bei vielfältigem Einsatz
dank des langen Beibehalts der hitze- und feuerbeständigen Eigenschaften.
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Daher ist als Resultat der vorgeschlagenen Struktur
des Materials, im Vergleich mit dem Material des Standes der Technik,
die Anzahl der enthaltenden Schichten und ihr Gewicht reduziert
und die Länge
der Aufenthaltszeit einer Person, in aus dem vorgeschlagenen Matertal
gefertigter Kleidung, bei Arbeit in einer Zone hoher Temperatur
und offenen Feuers um das 2–3
fache erhöht,
ebenso sind die ergonomischen Parameter der Schutzkleidung verbessert.