WO2004020931A1 - Infrarot reflektierendes abdeckmaterial - Google Patents

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WO2004020931A1
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metallized
convective
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air
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Hermann Scholz
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W.L. Gore & Associates Gmbh
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    • Y10T428/31938—Polymer of monoethylenically unsaturated hydrocarbon

Definitions

  • the invention relates to electromagnetic radiation reflecting and transmitting materials for camouflage against thermal imaging devices and the use of these materials in waterproof, windproof but water vapor permeable clothing.
  • IR infrared
  • These devices work in atmospheric permeable windows of 3-5 ⁇ m and 8-12 ⁇ m. An IR image outside of these windows is practically impossible due to the absorption in the atmosphere.
  • objects with a high emissivity and objects with a higher temperature in relation to the background appear as bright silhouettes. This is based on the emitting energy of these objects. The emitting energy is based on the equation:
  • W emitted power in W / m 2
  • s emissivity
  • ⁇ Stephan-Boltzman constant
  • T temperature in Kelvin.
  • This equation shows that there are two possible ways to dampen a thermal image: using low-emissivity materials on the outside surface or reducing the outside temperature.
  • a typical attempt is to use low emissivity materials on the outer surface and then coat this low emissivity surface with materials that are transparent at IR wavelengths but are optically opaque, providing visual camouflage.
  • the second attempt is to use thermal insulation to reduce the temperature of the outer surface. Another possibility is a combination of these methods.
  • EP 1 096 604 AI describes a breathable composite structure for protection against high-frequency electromagnetic fields. This is achieved, among other things, by the polyamide fibers or yarns coated with a silver layer. A camouflage print is applied directly over the silver layer. Then one
  • a breathable, water-repellent and windproof membrane such as e.g. made of polyester, polyurethane or PTFE membrane.
  • a polyester membrane is provided with aluminum vapor deposition.
  • the many layers of this composite structure cause a deterioration in the water vapor permeability.
  • a metallized polyester membrane has no appreciable breathability due to its metallized, monolytic structure.
  • EP 1 136785 A2 describes a camouflage shelter with a foldable, self-supporting substructure.
  • the camouflage shelter has a foldable, self-supporting network of poles.
  • a camouflage network for example according to EP 1 096 604 AI, is placed on the outer top points of this network.
  • a tent tarpaulin or a corresponding layer protecting against precipitation and weather influences can additionally be provided at the inner contact points of the network.
  • a material according to EP 1 096 604 AI can also be used as a tarpaulin or protective layer. This geometric arrangement ensures that there is always a distance between the camouflage net and the object to be camouflaged.
  • This free space enables convective heat exchange between the outside and the inside, which is useful for camouflage against thermal imaging devices.
  • the camouflage shelter described in the above patent is acceptable for those purposes where great flexibility and mobility is not necessary for Example as cover for stationary objects.
  • this camouflage shelter has many disadvantages when it is used to protect a single person from a thermal image without restricting their mobility. The most important of these disadvantages are the lack of draping ability, low water vapor permeability and the weight.
  • No. 5,750,242 describes an IR-reflecting material with a microporous, air-permeable, water vapor-permeable and water-resistant, metallized membrane, the metal forming a discontinuous layer on the surface and the adjacent pore walls of the microporous membrane, so that at
  • US 5,999,175 describes an improved IR-reflecting material according to US 5,750,242. The improvement is that the metallic
  • Coating is provided with an oleophobic coating. This ensures that the membrane is protected against wear and chemical attack.
  • a disadvantage of the two materials described in the US patents is their behavior in very clear weather conditions, for example on a clear cold night or on a clear sunny day. Under these conditions, there is a sun reflection and or "cold space” reflection on the surface of the materials. This means that ambient temperatures such as a very warm (sun) or very cold (“cold space”) temperature of the Metal layer is reflected away from the body and causes heating or cooling of the surface of the materials. This leads to a temperature difference between the environment and the person to be camouflaged. The surface of the person to be camouflaged thus shows a warmer or colder temperature than the surroundings, which in turn enables the person to be recognized with thermal imaging devices.
  • Another object is to provide an improved IR reflective material that is small in volume and weight and flexible, foldable, and easy to pack.
  • the material according to the invention which has a water vapor-permeable, metallized layer and an air-permeable, drapable, convective layer with a three-dimensionally flowable structure, the convective layer being arranged on at least one side of the metallized layer.
  • the metallized layer suppresses the heat image of the objects below or behind the metallized membrane, in that the heat which the body emits is reflected back by the metal layer in the direction of the body.
  • the metal layer also reflects the temperature of the environment away from the body.
  • the metallized layer has a metallized textile.
  • the metallized layer has a water vapor permeable metallized membrane, preferably the membrane is watertight.
  • Membranes have the advantage of being thin, light, flexible and drapable materials. This makes them particularly suitable for clothing.
  • the water vapor permeability and the simultaneous waterproofness of the membrane offer the wearer of these materials very good wearing comfort.
  • a water vapor permeable, microporous, metallized is particularly preferred
  • Membrane with an upper membrane surface, a lower membrane surface and intermediate pores, wherein a metal has a discontinuous layer on at least one of the surfaces and on those exposed to the surface adjacent pore walls of the membrane forms near the surface. This leaves the pores open for water vapor transport.
  • the metal layer is arranged only on the upper membrane surface and exposed sections near the surface.
  • the membrane is preferably connected to a textile carrier material.
  • microporous metallized membrane has several advantages: 1. Because the metal in the three-dimensional structure of the microporous membrane appears continuously when viewed from above the membrane surface, an IR reflection for adequate thermal imaging camouflage is achieved. 2. Due to the discontinuous metallization, the porosity of the microporous remains
  • the metallized surface of the microporous membrane is coated with an oleophobic material.
  • the pores remain open for water vapor transport.
  • the oleophobic layer covers the upper and lower membrane surfaces and the walls which form the pores of the membrane. The oleophobic treatment protects the metal layer from oxidation, wear and chemical attack.
  • the convective layer is permeable to air, drapable and has a structure that can be flowed through in three dimensions.
  • the convective layer is preferably arranged on the upper surface of the metallized layer. If a piece of clothing is produced from the material according to the invention, then the top surface means the surface of the metallized layer facing the outside, ie the surface facing the surroundings.
  • a convective layer is attached to the upper and lower surfaces of the metallized layer.
  • a regulated temperature can be set on both surfaces of the metallized layer, which is advantageous for the IR reflection of the material according to the invention and for the comfort behavior for the wearer.
  • the convective layer has an upper layer surface which corresponds to the surface of the convective layer opposite the metallized layer.
  • the top layer surface means the outer surface of the convective layer.
  • a very air-permeable sheet is arranged on the upper layer surface.
  • the air-permeable sheet is part of the convective layer and itself forms the upper layer surface.
  • This fabric protects the convective layer from mechanical damage, abrasion and is used to supply and remove air.
  • the fabric is preferably transparent to IR waves.
  • the fabric is transparent to IR waves and at the same time has camouflage colors that are in the visible wavelength range.
  • the degree of IR absorption of the material of the air-permeable fabric and of the color pigments can be used to adjust the emissivity of the overall system.
  • the three-dimensional structure causes air to flow through the convective layer in the x, y and z direction, thus absorbing and transporting heat away from the surface of the metallized layer, and the outer surface of the structure through which flow can flow thus takes on the ambient temperature.
  • the convective layer is thus a means for temperature control and for convective heat exchange on at least one of the surfaces of the metallized layer. In the case of a piece of clothing with the material according to the invention, this means that the temperature, in particular on the upper layer surface of the convective layer, approximately corresponds to the ambient temperature.
  • the convective layer has a thickness of at least 2 mm, preferably between 2 to 20 mm.
  • the thickness is preferably 10 mm.
  • the convective layer is formed by a three-dimensional knitted fabric.
  • the convective position is at least 100 l / m 2 s at a pressure of lOPa in the z direction and at least 50 lm 2 s at a pressure of lOPa in the lateral, ie x and y direction.
  • the three-dimensional structure can have any shape, but it must be possible for the air to flow through in any direction. This is the only way to ensure that air flows over the entire surface of the metallized layer and that there is a constant exchange with the ambient air.
  • the outer surface temperature of the convective layer is thus matched to the ambient temperature and only slight temperature differences remain. Thermal camouflage is also improved on a clear night or a sunny day.
  • the convective layer is drapable and is therefore suitable for clothing.
  • the convective layer is preferably made of flexible textile materials.
  • the object is achieved by a piece of clothing made of an infrared-reflecting material, the infrared-reflecting material having at least one metallized water-vapor-permeable layer and at least one air-permeable, drapable, convective layer with a three-dimensionally flowable structure, the convective layer on at least one of the surfaces of the metallized Location is arranged.
  • the term “drapable” summarizes the properties of flexible materials, which include a textile handle, mobility, adaptability and flexibility and can thus be processed in clothing and cover sleeves.
  • Waterproof is understood to mean that a material can withstand a water inlet pressure of at least 0.13 bar.
  • the metallized layer preferably holds one
  • Water inlet pressure from above lbar The water pressure is measured according to the test method, in which distilled water is increasingly pressurized at 20 ⁇ 2 ° C on a material sample with an area of 100 cm 2 .
  • the water rise pressure is 60 + 3crnH2O / min.
  • the water pressure is then the pressure at which water appears on the other side of the sample.
  • the exact procedure is regulated in the ISO standard No. 811 from 1981.
  • Oil repellency means that a material has an oil repellency of 1 or more.
  • the oil value is determined using the AATCC test method 118-1983. The higher the oil value, the better the oil repellency.
  • the oil value of the material should be 1 or more, preferably 2 or more, and most preferably 4 or more.
  • Porous is understood to mean a material which has very small, microscopic pores due to the internal structure of the material and the pores form an interconnected continuous connection or path from one surface to the other surface of the material. This is in accordance with the dimensions of the pores The material is therefore permeable to air and water vapor, but water cannot pass through the pores.
  • the pore size can be measured using a Coulter Porometer TM manufactured by Coulter Electronics, Inc., Hialeah, Fluoride.
  • water vapor permeable Under a material is defined as "water vapor permeable", which has a 'water vapor transmission resistance Ret of below 150 (m ⁇ Pa) / W.
  • the metallized layer preferably has a Ret of less than 20 (mftcPaVW.
  • the water vapor permeability is measured by the Hohenstein MDM Dry method, which is described in the standard test specification No. BPI 1.4 (1987) of the clothing physiology institute Hohenstein.
  • Air permeable is a material that has an air permeability of at least 501 / m 2 s at an air pressure of 1 OPa, measured with an air permeability tester from Textest Instruments (FX 3300), Zurich. The air permeability is based on ISO 9237 ( 1995) determined.
  • a material is referred to as “metallized” which contains metallic components and thus enables IR shielding.
  • Metallization can in each case on one or on both sides of the material as well as partially or completely within the material structure.
  • a “convective position” is understood to mean a material that enables a convective air flow for heat exchange.
  • the "infrared” radiation belongs to the electromagnetic waves and describes the invisible heat radiation.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the material according to the invention.
  • Fig. 2 shows a cross section through a microporous membrane with a discontinuous metallic layer
  • Figure 3 shows a cross section through a metallized membrane, which on a
  • Backing material is laminated.
  • FIG. 4 shows a cross section through a metallized membrane on which an oleophobic layer is applied.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a knitted fabric as an air-permeable, drapable, convective layer.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a spacer structure as an air-permeable, drapable, convective layer.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a flocked metallized layer as an air-permeable, drapable, convective layer.
  • Material. 9b shows a cross section through a further exemplary embodiment of the material according to the invention.
  • Fig. 10 shows the thermal imaging of a metallized membrane
  • Fig.l 1 shows the thermal imaging of a convective position
  • FIG. 12 shows the thermal imaging of the material according to the invention.
  • FIG. 13 shows the thermal imaging of a further metallized membrane
  • Fig. 14 shows a further thermal image of the material according to the invention
  • Fig.l shows a schematic representation of the invention.
  • the infrared reflecting material (10) according to the invention contains a water vapor permeable, metallized layer (20) with an upper surface (22) and a lower surface (24).
  • a drapable, convective layer (30) is arranged on at least one of the surfaces (22, 24) of the metallized layer (20).
  • the convective layer (30) has an air-permeable three-dimensional flow structure.
  • the air-permeable sheet (40) is part of the convective layer (30) and itself forms the upper layer surface (32).
  • the structure which can be flowed through in three dimensions enables heat convection within the convective layer (30) and on the surface (22, 24) of the metallized layer (20) in order to adjust the outer surface of the convective layer (30), ie the flat structure (40) to the ambient temperature.
  • Warm convection here means cooling or heating the temperatures reflected by the metallized layer (20) by air convection.
  • the metallized water vapor permeable layer (20) is a metallized textile layer.
  • the metal layer of such a metallized textile layer is in the form of a metallic film or in the form of metallic particles, fibers or pigments.
  • the metal layer is either applied to one or both surfaces of the textile layer and is located within the textile layer.
  • the metallized textile layer comprises woven, knitted or knitted textiles made of polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyamide, polyester, polyurethane, cotton, wool and a combination thereof.
  • the metallized layer (20) is preferably a metallized membrane or film.
  • the metallized membrane can be in the form of a non-porous (monolytic) membrane or a microporous membrane.
  • non-porous membranes are polyurethane, copolyether, copolyester or silicone.
  • Membranes are thin, light, flexible and drapable and therefore particularly suitable for
  • Suitable clothing In addition, they can be permeable to water vapor and watertight and thus significantly improve the comfort behavior of clothing.
  • Fig. 2 shows a cross section through a preferred microporous membrane (50) with a metal layer (55).
  • the microporous membrane (50) has an upper one
  • Microporous membranes (50) include fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene; Polyo ⁇ efine such as polyethylene or polypropylene; Polyamides, polyesters; Polysulfones, polyether sulfones and combinations thereof; polycarbonates; Polyurethanes.
  • a stretched polytetrafluoroethylene (ePTFE) membrane is preferably used.
  • the membrane made of ePTFE has a thickness between 5-500 ⁇ m, preferably between 50-300 ⁇ m.
  • Stretched PTFE is soft, flexible, has stable chemical properties, a high permeability to gases and vapors and a surface with good repellency against impurities.
  • the porosity and the pore size are selected so that gas diffusion is not hindered.
  • the average pore size can be 0.02-3 ⁇ m, preferably 0.1-0.5 ⁇ m.
  • the porosity is 30-90%, preferably 50-80%.
  • the material is waterproof.
  • a method for producing such porous membrane from stretched PTFE is disclosed for example in the patents US 3,953,566 and US 4,187,390.
  • the ePTFE membrane has a water-vapor-permeable, continuous, hydrophilic, polymeric layer.
  • suitable continuous water vapor permeable polymers are those from the polyurethane family, the silicone family, the copolyetherester family or the copolyetherester family of amides.
  • Suitable copolyether esters of hydrophilic compositions are taught in US-A-4,493,870 (Vrouenraets) and US-A-4,725,481 (Ostapachenko).
  • Suitable polyurethanes are described in US-A-4 194 041 (Gore).
  • Suitable hydrophilic compositions can be found in US-A-42340 838 (Foy et al.).
  • a preferred class of continuous water vapor permeable polymers are polyurethanes, especially those containing oxyethylene units as described in US-A-4,532,316 (Henn).
  • the metal layer (55) is preferably applied to the top surface of the membrane (51), that is, the metal covers the top surface of the "open” pore walls.
  • "Open" pore walls are the portions of the pore walls that are either the top surface or exposed near the surface Gates of the membrane include. If you look down vertically on the upper surface (22), the metal layer (55) forms a continuous cover in the line of sight. From the side it can be seen that the metal layer (55) is discontinuous, the pores (52) remaining open for the water vapor, while the upper surface (22) and its adjacent sections close to the surface are covered.
  • the metallization is typically only on one side, but it can be on both sides or within the entire structure of the membrane.
  • Metallization can be done on the membrane by a number of coating methods, including physical vapor deposition by, for example, sputtering, vacuum evaporation, chemical vapor deposition, electroless plating, or other known coating methods.
  • the emissivity of the metal coating can range from 0.04 to 1, depending on the thermal performance desired.
  • the emissivity is determined with an emissiometer from Devices and Services, model AE. If a high degree of reflection is desired, a correspondingly thick coating with a low emissivity is required. If, on the other hand, a high degree of absorption is desired, a correspondingly thin coating with a high degree of emissivity is necessary.
  • the metal used in the metallized, microporous films and membranes can be any metal that can be evaporated or sputtered onto the film or membrane and produces the desired reflective effect, such as
  • the metallized layer is preferably an expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) with an aluminum vapor deposition.
  • ePTFE expanded polytetrafluoroethylene
  • the metallized membrane has a water vapor permeability of less than 150 (m 2 xPa) / W. This ensures that items of clothing or covers with metallized membranes can release moisture in the form of water vapor to the environment.
  • the metallized microporous membrane (50) is provided with a textile carrier material (59), which gives the membrane additional protection and strength.
  • the carrier material (59) can be permeable to water vapor ⁇ Continuous or discontinuous adhesive layer must be laminated onto the metallized surface or the membrane. It is also possible to apply the carrier material to the non-metallized surface.
  • the carrier material (59) is advantageously a textile fabric made from woven, knitted or knitted, natural or synthetic textile materials. Alternatively, a further flat structure can be arranged on the other membrane surface.
  • the adhesive and carrier material (59) must have a certain IR transparency so that the advantageous properties of the material according to the invention are not reduced.
  • the metallized layer is oleophobic in order to protect the metal layer (55) from oxidation.
  • An oleophobic, metallized, microporous membrane (50) is shown in FIG. 4. There, a metallized, microporous membrane (50) is provided with an olebphobic layer (57).
  • An oleophobicization takes place after the metallization process has ended and is carried out in such a way that the porosity of the membrane is not significantly reduced.
  • An oleophobicizing agent is usually applied in liquid form to the material to be oleophobicized, for example by dipping, soaking, spraying, coating, brushing, rolling.
  • the oleophobicized microporous membrane (50) can also have at least one textile-laminated carrier layer (59).
  • the convective layer (30) represents a layer that can be heated or heated by air convection
  • the convective layer (30) has an air-permeable, three-dimensionally flowable structure.
  • three-dimensional flow-through structure means that there is little flow resistance in the x, y and z directions, and a distance is defined in the z direction which is in constant air exchange with an environment. The result is that air penetrates into the convective layer (30), flows over the surface of the metallized layer and, depending on the prevailing conditions, absorbs heat or cold and transports it to the surroundings.
  • the convective layer (30) can be draped.
  • the convective layer (30) is made of flexible, preferably soft, adaptable materials such as textile fibers or yarns, which allow the convective layer (30) to be deformed to a certain extent.
  • these include materials such as polyolefins such as polypropylene; Polyesters, polyamides, aramids, polyacrylamides or natural fiber materials such as wool, silk, cotton, flax or mixtures thereof.
  • soft, adaptable structures can be achieved by processing these materials.
  • the convective layer (30) can have any possible shape or structure, as long as there is a three-dimensional flow and sufficient air permeability.
  • the convective layer (30) preferably forms a defined distance over at least one of the surfaces of the metallized membrane (50) in the material according to the invention.
  • the three-dimensional structure has spacers (34), which are preferably arranged approximately perpendicularly within the convective layer (30) to at least one of the surfaces of the metallized layer (20).
  • the spacers (34) are preferably elastically compressible and can give way when the material according to the invention is deformed in order to return to its original state after relief.
  • the convective layer thus distributes air flowing in over the surface of the metallized layer (20) evenly in the x, y and z directions.
  • the air absorbs excess heat or cold from the surface of the metallized layer (20) and transports it away from the surface. This means that the surface temperature of the convective layer is matched to the ambient temperature.
  • the convective layer (30) has an air permeability in the z direction of at least 100 l / m 2 s at a pressure of lOPa and in the lateral, ie x and y direction, of at least 50 l / m 2 s at a pressure of lOPa , Preferably there is an air permeability of 500 to 2000 l / m 2 s.
  • the convective layer (30) can be formed by three-dimensional textiles such as knitted fleece, knitted knitted fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics (36), spaced knitted fabrics (60) or flocked materials (39).
  • the convective layer (30) can be selected from the group of materials comprising polypropylene, polyester, polyurethane, polyethylene, polyamides and a combination thereof.
  • the convective layer (30) must have a thickness of at least 2 mm, preferably between 2 to 20 mm. It turned out that very good thermal shielding was achieved with a thickness of 10 mm.
  • an air-permeable sheet (40) is arranged on the upper layer surface (32) of the convective layer (20), the surface opposite the metallized layer (20).
  • the air-permeable sheet (40) can also be part of the convective layer (30) itself and form the upper layer surface (32).
  • the flat structure (40) protects the convective layer (30) from external influences such as abrasion and mechanical damage, regulates the air exchange between the surroundings and the convective layer (30) and balances the temperature between the surroundings and the convective layer (30).
  • this fabric (40) represents the outside of the piece of clothing (14).
  • the above-described convection within the convective layer (30) results in the outside of the piece of clothing (14) assuming a temperature which in the essentially corresponds to the ambient temperature.
  • the item of clothing (12) is practically invisible with a thermal imaging device.
  • the fabric (40) is preferably porous with an average pore size of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • Preferred materials are woven, knitted or knitted fabrics made of polypropylene or polyethylene. Polypropylene and polyethylene are particularly preferred because these materials are transparent to IR waves. Other materials can include silk, polyamide, polyester, polyurethane, and combinations thereof.
  • the flat structure is preferably a textile material, namely woven, knitted, knitted, knitted or meshed with such a design that it is relatively high
  • the fabric (40) has an air permeability of at least 50 l / m 2 / s at an air pressure of lOPa.
  • Other textile materials such as synthetic (polyamides, polyesters, polyolefins, acrylics) or natural (cotton, Wool, silk, or combinations thereof) materials can be used.
  • a textile fabric with a knitted mesh structure is used, which is available under the trade name Cordura® AFT from Rökona.
  • the fabric (40) can be provided with a camouflage print for camouflage purposes.
  • the material according to the invention is present as a composite of a metallized layer (20) and at least one convective layer (30), the two layers being glued or sewn together at selected points. When sewing, make sure that the seams are sealed watertight.
  • the metallized layer (20) and the at least one convective layer (30) form a laminate.
  • the two layers are bonded to one another with a vapor-permeable continuous or discontinuous adhesive, such as, for example, polyurethane adhesive, under heat and pressure.
  • the air-permeable sheet (40) can be fastened to the at least one convective layer (30), for example by full or partial lamination, by sewing or by gluing. It should also be noted here that the adhesive has a certain ER. Must have transparency.
  • FIG. 5 shows an air-permeable, drapable, convective layer (30) of a knitted fabric (36), preferably made of a three-dimensionally shaped polypropylene fabric.
  • a knitted fabric preferably made of a three-dimensionally shaped polypropylene fabric.
  • a knitted polyester preferably made of a three-dimensionally shaped polypropylene fabric.
  • Polypropylene and polyethylene are preferred because of their IR wave transparency.
  • the knobs are arranged in a row, offset from one another or in any other structure from a flat basic structure of the same material.
  • the flexible basic structure is preferably an open-pore knitted fabric, fleece, knitted fabric, grid or fabric.
  • the air permeability of this open-pore knitted fabric (36) is preferably greater than 500 l / m 2 s at an air pressure of lOPa.
  • knobs webs or similar geometric shapes can also occur, which form a three-dimensional structure.
  • the knobs are preferably perpendicular to the base structure.
  • the knobs thus form a spacer (34) for a convective position (30) with a defined distance and the other flow channels for the air, so that it can be distributed evenly in the x, y and z direction, both around the knobs and through the knobs due to the open porosity.
  • the knitted fabric (36) can be flexibly and elastically compressed and is therefore suitable for processing in clothing (12).
  • Such three-dimensional knitted fabrics (36) are available, for example, from Texts Construct GmbH, in Detmold, Germany.
  • the knobs of a knitted fabric from Texts have a knobs height between 2 and 19mm. The production of such knitted fabrics (36) is disclosed, for example, in the utility model DE 200 12 275.
  • Fig. 6 shows a further exemplary embodiment of an air-permeable, drapable, convective layer (30).
  • the convective layer (30) is formed here by a spacer (60).
  • the spacer structure (60) is formed by two air-permeable flat structures (62, 64) arranged parallel to one another, for example made of polypropylene, polyamides, polyester, the flat structures (62, 64) being connected to one another in an air-permeable manner by fibers (66) and being spaced apart at the same time. At least some of the fibers (66) are arranged as spacers (34) perpendicularly between the flat structures (62, 64).
  • the fibers (66) are made of a flexible, deformable material such as polyester or polypropylene. The air flows through the fabrics (62, 64) and through the fibers (66).
  • the spacer structure (60) is formed by two air-permeable flat structures (62, 64) arranged parallel to one another, for example made of polyprop
  • Flat structures (62, 64) are open-pore woven, knitted or knitted textile materials.
  • Such a spacer structure (60) is available, for example, from Müller Textil GmbH in Wiehl-Drabender Eck, Germany.
  • Fig. 7 shows a further embodiment for an air-permeable, drapable, convective layer (30).
  • the metallized layer (20) is partially flocked with fibers (66) (e.g. made of polypropylene, polyester, polyamide or mixtures thereof).
  • fibers (66) e.g. made of polypropylene, polyester, polyamide or mixtures thereof.
  • flocked articles (38) is disclosed, for example, in EP 889 697 B1, where flock particle material (39) such as PTFE stretched flat fibers is attached.
  • Fig. 8 shows a piece of clothing (12) with the material (10) according to the invention in the form of a jacket.
  • An item of clothing (12) in the sense of the invention includes jackets, coats, vests, pants, gloves, hats, shoes and the like.
  • the items of clothing (12) preferably serve as waterproof and water vapor-permeable camouflage clothing.
  • the item of clothing (12) has one
  • the metallic layer (20) forms the inside (16) and the convective layer (30) preferably with an air-permeable sheet (40) forms the outside (14).
  • the metallic layer (20) can additionally be equipped with further layers such as insulation layers and or lining layers.
  • FIGS. 9a and 9b show two in accordance with the dashed line LXa, b in FIG. 8
  • Fig. 9a shows the metallized layer (20) as the inside (16) and the air-permeable sheet (40) as the outside (14).
  • the metallized layer (20) is preferably a metallized ePTFE membrane.
  • the air-permeable fabric (40) is preferably an open-pore textile woven fabric. Therebetween a convective ply (30) is' arranged in the form of a Noppengewirke (36).
  • the knitted fabric (36) is arranged in such a way that the knobs (37) are directed towards the flat structure (40).
  • Fig. 9b shows the same structure as Fig. 9a with the difference that the
  • the knitted fabric (36) is arranged such that the knobs (37) are directed towards the metallized layer (20).
  • ThermaCAM TM PM 575 infrared camera (thermal imaging device) from Flier Systems GmbH at a wavelength of 8-12 ⁇ m.
  • the infrared camera measures the infrared radiation emitted by an object and displays it in a visible image. Since the radiation is a function of the surface temperature of the object, the camera can precisely calculate and display this temperature. In the experiments, the temperatures of the surroundings and the samples were determined.
  • the images were processed with a ⁇ computer program (AGEMA®Report) so that the Average temperatures of pattern and environment can be calculated. The smaller the temperature difference between the ambient and sample temperature, the better the thermal camouflage.
  • the test results are shown in the thermal images of FIGS. 10 to 12.
  • the measurement took place in an infrared range of 8-12 ⁇ m on bright day with hardly any wind.
  • the respective pattern was integrated in a camouflage suit in the chest area, which was worn by a test person.
  • the sample temperature Tm was recorded on the chest surface of the test subject.
  • the metallized membrane is a membrane made of microporous ePTFE with a thickness of 25 ⁇ m and a nominal pore size of 0.2 ⁇ m. Such a membrane is available from W.L. Gore & Associates.
  • the ePTFE membrane was metallized by being vaporized with aluminum by evaporation and condensation. For the metallization, an aluminum wire was heated in an oxide crucible under a high vacuum (0.0002666 Pa) at about 1220 ° C. The aluminum evaporated. The ePTFE membrane was passed over the crucible. The vapor from the crucible rose, creating a discontinuous layer on the adjacent side of the membrane. Then the coated membrane was wound on a roller.
  • Polypropylene with an air permeability of 65 1 / m 2 s at an air pressure of lOPa Polypropylene with an air permeability of 65 1 / m 2 s at an air pressure of lOPa.
  • the 2nd pattern contains a spacer fabric with a height of 1 mm made of polyester, available from Müller Textil GmbH, Germany.
  • the spacer fabric has an air permeability of 870 1 / m 2 s.
  • a knitted fabric made of polyester with an air permeability of 550 1 / m 2 s and an air pressure of IOPa is arranged on the spacer fabric.
  • the third pattern contains a metallized membrane corresponding to the first pattern, a spacer fabric according to the second pattern is arranged on top of it, and a knitted fabric made of polyester with an air permeability of 550 1 / m 2 s at an air pressure of 10 lOPa is arranged on it.
  • the knitted fabric position of the camera was shown in all three patterns.
  • the first pattern (Fig. 10) the surface of the pattern cools down very much due to the reflection of the sky and a recognizable temperature difference to the ambient temperature can be seen.
  • the 2nd pattern (Fig.l 1) the thermal camouflage is already better than with the 1st pattern, but the surface temperature is slightly too high due to body warming and / or sun exposure.
  • the third pattern (FIG. 12) shows the structure according to the invention and an almost identical temperature in comparison to the surroundings.
  • the samples were on a hot plate at a temperature of 32 ° C
  • the 4th sample contains a microporous membrane as in the 1st sample with an additional hydrophilic continuous coating made of polyurethane.
  • Membrane is available from W.L. Gore & Associates and was manufactured after
  • Polyethylene with an air permeability of 800 1 / m 2 s at an air pressure of lOPa available from Rökona.
  • the 5th sample contains the same membrane as in the 4th sample, arranged on it is a spacer fabric made of polyester with a height of 10mm and an air permeability of 8701 / m 2 s, available from the company Müller Textil GmbH, Germany, and in turn a knitted fabric made of polyethylene with an air permeability of 8001 / m 2 s at an air pressure of lOPa.
  • the knitted layer of each of the two patterns shows the camera.
  • the temperature difference is correspondingly high and there is no adequate thermal camouflage.
  • the 5th pattern shows a much smaller temperature difference. This means that the surface of this pattern has been sufficiently adapted to the ambient temperature. L5 There is thermal camouflage.

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Abstract

Ein Erfindung beschreibt ein drapierfähiges IR reflektierendes Material (10) für Bekleidungsstücke. Das IR reflektierende Material (10) weist eine wasserdampfdurchlässige, metallisierte Lage (20) und eine darauf angeordnete, luftdurchlässige, drapierfähige, konvektive Lage (30) mit einer dreidimensional durchströmbaren Struktur auf. Die äußere Oberfläche (32) der konvektiven Lage (30), die entgegengesetzt zur metallisierten Lage (20) liegt, wird von einem luftdurchlässigen Flächengebilde (40) gebildet. Die konvektive Lage (30) bewirkt eine Wärmekonvektion von durch die metallisierte Lage (20) reflektierten Temperaturen um die äußere Oberfläche der konvektiven Lage der Umgebungstemperatur anzugleichen.

Description

[NFRAROT REFLEKTIERENDES ABDECKMATERIAL
Die Erfindung betrifft elektromagnetische Strahlen reflektierende und durchlassende Materialien zur Tarnung gegen Wärmebildgeräte und die Verwendung dieser Materialien in wasserdichten, winddichten aber wasserdampfdurchlässigen Bekleidungsstücken.
Geräte, die Wärmestrahlen nachweisen, sind allgemein bekannt. Die Strahlen von einem menschlichen Körper oder von anderen Objekten können durch Infrarot (IR) - nachweisende Geräte leicht festgestellt werden. Diese Geräte arbeiten in atmosphärisch durchlässigen Fenstern von 3-5μm und 8-12μm. Eine IR-Abbildung außerhalb dieser Fenster ist aufgrund der Absorption in der Atmosphäre praktisch nicht möglich. Bei mit diesen Geräten erhaltenen Abbildungen erscheinen Objekte mit hohem Emissionsgrad und Objekte mit einer höheren Temperatur im Verhältnis zum Hintergrund als helle Sihouetten. Das beruht auf der emittierenden Energie dieser Objekte. Die emittierende Energie beruht auf der Gleichung:
W ^ εσT worin W = emittierte Leistung in W/m2 , s = Emissionsgrad, σ = Stephan-Boltzman- Konstanze und T = Temperatur in Kelvin sind.
Durch diese Gleichung kann man erkennen, dass es zwei mögliche Varianten gibt, ein Wärmebild zu dämpfen: die Verwendung von Materialien mit geringem Emissionsgrad auf der Außenoberfläche oder eine Verringerung der Außentemperatur. Ein typischer Versuch besteht darin, auf der Außenoberfläche Materialien mit geringem Emissionsgrad zu verwenden und diese Oberfläche mit geringem Emissionsgrad dann mit Materialien zu beschichten, die bei IR- ellenlängen transparent, jedoch optisch undurchlässig sind, wodurch eine visuelle Tarnung bereitgestellt wird. Der zweite Versuch besteht in der Verwendung einer Wärmeisolation, um die Temperatur der Außenoberfläche zu verringern. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Kombination dieser Verfahren.
Es ist schon lange ein erwünschtes Ziel, Materialien zu entwickeln, die Personen oder Geräte vor einer elektromagnetisch, und insbesondere infrarot, nachweisenden Ausrüstung schützen, ohne das die Beweglichkeit der Personen oder der Geräte beeinträchtigt wird. Vom physiologischen Standpunkt ist es erwünscht, die Wärmebelastung einer Person die IR-Tarn-kleidung trägt, möglichst deutlich zu verringern. Das kann dadurch erreicht werden, dass das Kühlen des Körpers durch Verdampfen verbessert wird, indem der Dampf leicht durch die IR-Tarnkleidung hindurch gelangen kann, und indem das Gewicht und die Dicke der gesamten Wärmetarnpackung verringert wird.
Die EP 1 096 604 AI beschreibt einen atmungsfähigen Verbundaufbau zum Schutz gegen elektromagnetische Hochfrequenzfelder. Dies wird unter anderem durch die mit einer Silberschicht ummantelten Polyamidfasern oder -garne erreicht. Direkt über der Silberschicht wird ein Tarndruck aufgebracht. Anschließend wird eine
Polydimethylsiloxan-Polyacrylat-Schicht abschließend außenseitig aufgebracht. Auf der späteren Innenseite einer aus diesem Material hergestellten Schutzbekleidung wird eine atmungsaktive, wasserabweisende und winddichte Membrane wie z.B. aus Polyester, Polyurethan oder PTFE-Membrane, befestigt. In einer Ausführung wird eine Polyestermembrane mit einer Aluminiumbedampfung versehen. Die vielen Schichten dieses Verbundaufbaues bewirken allerdings eine Verschlechterung der Wasserdampfdurchlässigkeit. Insbesondere eine metallisierte Polyestermembrane weist aufgrund ihrer metallisch bedampften monolytischen Struktur keine nennenswerte Atmungsfähigkeit auf.
In der EP 1 136785 A2 wird ein Tarnunterstand mit einer faltbaren, selbsttragenden Unterkonstruktion beschrieben. Der Tarnunterstand weist ein faltbares, selbsttragendes Netzwerk aus Stangen auf. Auf die äußeren Spitzenpunkte dieses Netzwerkes wird ein Tarnnetz beispielsweise nach der EP 1 096 604 AI aufgelegt. An den inneren Anlagepunkten des Netzwerkes kann zusätzlich eine Zeltplane oder eine entsprechende, gegen Niederschläge und Witterungseinflüsse schützende Schicht vorgesehen sein. Als Zeltplane oder schützende Schicht kann auch ein Material nach der EP 1 096 604 AI eingesetzt werden. Aufgrund dieser geometrischen Anordnung ist sichergestellt, dass immer ein Abstand des Tarnnetzes zu dem zu tarnenden Gegenstand besteht. Dieser Freiraum ermöglicht einen konvektiven Wärmeaustausch zwischen der Außen- und der Innenseite, welcher zur Tarnung gegen Wärmebildgeräte dienlich ist. Der im vorstehenden Patent beschriebene Tarnunterstand ist für solche Zwecke akzeptabel, bei denen eine starke Flexibilität und Mobilität nicht notwendig ist, zum Beispiel als Abdeckung für stationäre Objekte. Dieser Tarnunterstand hat jedoch viele Nachteile, wenn er dazu verwendet werden soll, eine einzelne Person vor einem Wärmebild zu schützen, ohne deren Beweglichkeit einzuschränken. Die wichtigsten dieser Nachteile sind das fehlende Drapiervermögen, eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit und das Gewicht.
Die US 5,750,242 beschreibt ein IR-reflektierendes Material mit einer mikroporösen, luftdurchlässigen, wasserdampfdurchlässigen und wasserbeständigen, metallisierten Membran, wobei das Metall eine diskontinuierliche Schicht auf der Oberfläche und den benachbarten Porenwänden der mikroporösen Membrane bildet, so dass bei
Betrachtung von oberhalb der Oberfläche der Membrane das Metall kontinuierlic erscheint.
In der US 5,999,175 wird ein verbessertes IR-reflektierendes Material nach der US 5,750,242 beschrieben. Die Verbesserung besteht darin, dass die metallische
Beschichtung mit einer oleophoben Beschichtung versehen ist. Damit wird erreicht, dass die Membrane gegen Verschleiß und chemischen Angriff geschützt ist.
Nachteilig an den beiden in den US-Patenten beschriebenen Materialien ist ihr Verhalten bei sehr klaren Wetterverhältnissen wie beispielsweise in einer klaren kalten Nacht oder an einem klaren sonnigen Tag. Unter diesen Bedingungen kommt es zu einer Sonnenreflexion und oder „cold space"(kalte Himmelsreflexion) -Reflexion auf der Oberfläche der Materialien. Das bedeutet, dass Umgebungstemperaturen wie eine sehr warme (Sonne) oder sehr kalte („cold space") Temperatur von der Metallschicht vom Körper wegreflektiert wird und eine Erwärmung oder Abkühlung der Oberfläche der Materialien bewirkt. Das fuhrt zu einer Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung und der zu tarnenden Person. Somit zeigt die Oberfläche der zu tarnenden Person eine wärmere oder kältere Temperatur als die Umgebung auf, was wiederum ein Erkennen der Person mit Wärmebildgeräten ermöglicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes IR-reflektierendes Material bereitzustellen, welches eine hohe Leistung bei der thermischen Tarnung aufweist bei gleichzeitiger Verringerung der Sonnen- und/oder „cold Space"- Reflexion. Eine weitere Aufgabe ist es ein verbessertes IR-reflektierendes Material bereitzustellen, das zu einem typischen Kleidungsstück verarbeitet oder zum Abdecken von Objekten verwendet werden kann und das zum Maskieren oder Unterdrücken eines Wärmebildes im (mittleren oder fernen) IR-Bereich, insbesondere bei einem klaren sonnigen Tag oder einer klaren Nacht, verwendet werden kann, ohne dass die Effektivität der sichtbaren Tarnung und der Tarnung im nahen IR Bereich oder der Komfort, die Effektivität und Mobilität einer Person verlorengehen.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein IR reflektierendes Material mit einer hohen Wasserdampfdurchlässigkeit und gleichzeitiger Wasserdichtheit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes IR-reflektierendes Material bereitzustellen, dass ein geringes Volumen und Gewicht aufweist und flexibel, faltbar und leicht verpackbar ist.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Material gelöst, welches eine wasserdampfdurchlässige, metallisierte Lage und eine luftdurchlässige, drapierfähige, konvektive Lage mit einer dreidimensional durchströmbaren Struktur aufweist, wobei die konvektive Lage auf mindestens einer Seite der metallisierten Lage angeordnet ist. Die metallisierte Lage unterdrückt die Wärmeabbildung der Objekte darunter oder hinter der metallisierten Membrane, indem die Wärme, welche der Körper abstrahlt, von der Metallschicht in Körperrichtung zurückreflektiert wird. Gleichfalls reflektiert die Metallschicht die Temperatur der Umgebung vom Körper weg. In einer Ausfuhrungsform weist die metallisierte Lage ein metallisiertes Textil auf. In einer anderen Ausführungsform weist die metallisierte Lage eine wasserdampfdurchlässige metallisierte Membrane auf, vorzugsweise ist die Membrane wasserdicht. Membranen haben den Vorteil, dünne, leichte, flexible und drapierfähige Materialien zu sein. Damit sind sie besonders für Bekleidung geeignet. Die Wasserdampfdurchlässigkeit und die gleichzeitige Wasserdichtheit der Membrane bieten dem Träger dieser Materialien sehr guten Tragekomfort. Besonders bevorzugt ist eine wasserdampfdurchlässige, mikroporöse, metallisierte
Membrane mit einer oberen Membranoberfläche, einer unteren Membranoberfläche und dazwischenliegenden Poren, wobei ein Metall eine diskontinuierliche Schicht auf mindestens einer der Oberflächen und auf den zur Oberfläche freiliegenden oberflächennahen angrenzenden Porenwänden der Membrane bildet. Somit bleiben die Poren für einen Wasserdampftransport offen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Metallschicht nur auf der oberen Membranoberfläche und freiliegenden oberflächennahen Abschnitten angeordnet. Vorzugsweise ist die Membrane mit einem textilen Trägermaterial verbunden.
Die Verwendung von mikroporösen metallisierten Membrane hat mehrere Vorteile: 1. Dadurch, dass das Metall in der dreidimensionalen Struktur der mikroporösen Membrane bei Betrachtung von oberhalb der Membraneoberfläche kontinuierlich erscheint, ist eine IR Reflektion für eine ausreichende Wärmebildtarnung erreicht. 2. Durch die diskontinuierliche Metallisierung bleibt die Porosität des mikroporösen
Materials erhalten. Damit können große Mengen an Wasserdampf durch die Membrane penetrieren, was zu einer Verringerung des Wärmestresses des Trägers f hrt. Die reflektierte Wärme wird durch den natürlichen Prozess des Schwitzens vom Körper abgeführt. In einer Ausfuhrungsform ist mindestens die metallisierte Oberfläche der mikroporösen Membrane mit einem oleophoben Material beschichtet. Dabei bleiben die Poren für den Wasserdampftransport offen. In einer weiteren Ausführungsform bedeckt die oleophobe Schicht die oberen und die unteren Membranoberflächen und die, die Poren der Membrane bildenden Wände. Die oleophobe Behandlung schützt die Metallschicht vor Oxidation, Verschleiss und chemischen Angriff.
Die konvektive Lage ist luftdurchlässig, drapierbar und weist eine dreidimensional durchströmbare Struktur auf. Vorzugsweise ist die konvektive Lage auf der oberen Oberfläche der metallisierten Lage angeordnet. Wird aus dem erfϊndungsgemäßen Material ein Bekleidungsstück hergestellt, dann ist mit der oberen Oberfläche die zur Außenseite, dass heißt die zur Umgebung gerichtete Oberfläche der metallisierten Lage gemeint.
In einer weiteren Ausfuhrungsform ist eine konvektive Lage jeweils auf der oberen und der unteren Oberfläche der metallisierten Lage angebracht. Mit dieser Maßnahme kann eine geregelte Temperatur auf beiden Oberflächen der metallisierten Lage eingestellt werden, was vorteilhaft für die IR Reflektion des erfindungsgemäßen Materials als auch für das Komfortverhalten für den Träger ist. Die Jconvektive Lage weist eine obere Lagenoberfläche auf, welche der der metallisierten Lage gegenüberliegende Oberfläche der konvektiven Lage entspricht. In einem Bekleidungsstück bedeutet die obere Lagenoberfläche die äußere Oberfläche der konvektiven Lage. In einer Ausfuhrungsform ist auf der oberen Lagenoberfläche ein sehr luftdurchlässiges Flächengebilde angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist das luftdurchlässige Flächengebilde Bestandteil der konvektiven Lage und bildet selbst die obere Lagenoberfläche. Dieses Flächengebilde schützt die konvektive Lage vor mechanischer Beschädigung, Abrieb und dient der Zu- und Abfuhr von Luft. Vorzugsweise ist das Flächengebilde für IR- Wellen transparent. In einer Ausführungsform ist das Flächengebilde für IR- Wellen transparent und weist gleichzeitig Tarnfarben auf, die im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen. Der IR Absorbtionsgrad des Materials des luftdurchlässigen Flächengebildes als auch der Farbpigmente kann zur Einstellung der Emissivität des Gesamtsystems verwendet werden.
Die dreidimensionale Struktur bewirkt, dass Luft durch die konvektive Lage in x, y und z Richtung strömt und damit Wärme von der Oberfläche der metallisierten Lage aufnimmt und abtransportiert und die äußere Oberfläche der durchströmbaren Struktur damit eher die Umgebungstemperatur annimmt. Damit ist die konvektive Lage ein Mittel zur Temperaturkontrolle und zum konvektiven Wärmeaustausch auf mindestens einer der Oberflächen der metallisierten Lage. Bei einem Bekleidungsstück mit dem erfindungs gemäßen Material führt das dazu, dass die Temperatur insbesondere auf der oberen Lagenoberfläche der konvektiven Lage ungefähr der Umgebungstemperatur entspricht. Für einen aureichenden konvektiven Wärmeaustausch weist die konvektive Lage eine Dicke von mindestens 2mm auf, vorzugsweise zwischen 2 bis 20mm auf. Vorzugsweise beträgt die Dicke 10mm. In einer Ausfuhrungsform ist die konvektive Lage durch ein dreidimensionales Noppengewirke gebildet. Damit kann die Luft, durch die Anordnung der Noppen geführt, gleichmäßig über die Oberfläche der metallisierten Lage bzw. zwischen metallisierter Lage und Flächengebilde strömen und Wärme aufnehmen.
Anstelle eines Noppengewirkes können auch Abstandsgebilde, Schäume, wabenartige, rippenartige, beflockte oder netzartige dreidimensionale Strukturen verwendet werden. Wichtig ist, dass alle diese Strukturen eine ausreichende Luftdurchlässigkeit haben. Die
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der konvektiven Lage beträgt in z-Richtung mindestens 100 l/m2s bei einem Druck von lOPa und in lateraler, d.h. x- und y-Richtung mindestens 50 l m2s bei einem Druck von lOPa. Die dreidimendionale Struktur kann jede nur mögliche Form aufweisen, jedoch muß eine Durchströmbarkeit der Luft in jeder Richtung möglich sein. Erst damit wird erreicht, dass Luft über die gesamte Oberfläche der metallisierten Lage strömt und ein ständiger Austausch mit der Umgebungsluft stattfinden kann. Damit erfolgt eine Angleichung der äußeren Oberflächentemperatur der konvektiven Lage mit der Umgebungstemperatur und es verbleiben nur noch geringe Temperaturunterschiede. Auch in einer klaren Nacht oder einem sonnigen Tag wird die thermische Tarnung verbessert.
Von weiterem Vorteil ist, dass die konvektive Lage drapierfahig ist und damit für Bekleidungsstücke geeignet ist. Vorzugsweise ist die konvektive Lage aus textilen flexiblen Materialien gefertigt. Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Bekleidungsstück aus einem infrarot reflektierenden Material gelöst, wobei das infrarot reflektierende Material mindestens eine metallisierte wasserdampfdurchlässige Lage und mindestens einer luftdurchlässigen , drapierfähigen, konvektiven Lage mit einer dreidimensional durchströmbaren Struktur, wobei die konvektive Lage auf mindesten einer der Oberflächen der metallisierten Lage angeordnet ist.
Definitionen/Testbeschreibungen
Unter dem Begriff „drapierfahig" sind die Eigenschaften flexibler Materialien zusammengefaßt, welche einen textilen Griff, Beweglichkeit, Anpassungsfähigkeit und Biegsamkeit umfassen und somit in Bekleidungsstücken und Abdeckhüllen verarbeitet werden können.
Unter „wasserdicht" ist zu verstehen, dass ein Material einen Wassereingangsdruck von mindestens 0,13bar aushält. Vorzugsweise hält die metallisierte Lage einen
Wassereingangsdruck von über lbar aus. Der Wasserdruck wird gemäß Testverfahren gemessen, in dem destilliertes Wasser bei 20±2°C auf einer Materialprobe mit einer Fläche von 100cm2 zunehmend unter Druck gestellt wird. Der Wasseraufstiegsdruck beträgt 60+3crnH2O/min. Der Wasserdruck ist dann der Druck, bei dem Wasser auf der anderen Seite der Probe erscheint. Die genaue Vorgehensweise ist in der ISO Norm - Nr.811 aus dem Jahre 1981 geregelt.
Unter „oleophob" ist zu verstehen, daß ein Material eine Olabweisung von 1 oder mehr ausweist. Die Ermittlung des Ölwertes erfolgt nach der AATCC Testmethode 118-1983. Je höher der Ölwert ist, desto besser ist die Olabweisung. Der Ölwert des Materials sollte 1 oder mehr, bevorzugt 2 oder mehr und am meisten bevorzugt 4 oder mehr betragen.
Unter „mikroporös" ist ein Material zu verstehen, welches sehr kleine, mikroskopische Poren durch die innere Struktur des Materials aufweist und die Poren einen miteinander verbundene kontinuierliche Verbindung oder Pfad von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche des Materials bilden. Entsprechend den Abmessungen der Poren ist das Material somit durchlässig für Luft und Wasserdampf, Wasser kann jedoch nicht durch die Poren gelangen. Die Messung der Porengröße kann mit einem Coulter Porometer™ erfolgen, hergestellt bei Coulter Electronics, Inc., Hialeah, Fluoride.
Unter „wasserdampfdurchlässig" wird ein Material definiert, das einen' Wasserdampfdurchgangswiderstand Ret von unter 150(m xPa)/W aufweist.
Vorzugsweise weist die metallisierte Lage einen Ret von unter 20 (mftcPaVW auf. Die Wasserdampfdurchlässigkeit wird durch das Hohenstein MDM Dry Verfahren gemessen, welches in der Standard-Prüfvorschrift Nr. BPI 1.4 (1987) des Bekleidungsphysiologischen Instituts e.V. Hohenstein beschrieben wird.
Als „luftdurchlässig" wird ein Material bezeichnet, das eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 501/m2s bei einem Luftdruck von 1 OPa aufweist, gemessen mit einem Luftdurchlässigkeitsprüfgerät von Textest Instruments (FX 3300), Zürich. Die Luftdurchlässigkeit wird in Anlehnung an ISO 9237 (1995) ermittelt.
Als „metallisiert" wird ein Material bezeichnet, dass metallische Bestandteile enthält und somit eine IR Abschirmung ermöglicht. Eine Metallisierung kann jeweils auf einer oder auf beiden Seiten des Materials als auch teilweise oder vollständige innerhalb der Materialstruktur erfolgen.
Unter „konvektive Lage" wird ein Material verstanden, dass eine konvektive Luftströmung zum Wärmeaustausch ermöglicht.
Die „infrarote" Strahlung gehört zu den elektromagnetischen Wellen und beschreibt die nichtsichtbare Wärmestrahlung.
Die Erfindung soll nun anhand von Zeichnungen näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Materials Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch eine mikroporöse Membrane mit einer diskontinuierlichen metallischen Schicht
Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch eine metallisierte Membrane, die auf ein
Trägermaterial laminiert ist.
Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine metallisierte Membrane, auf der eine oleophobe Schicht aufgebracht ist.
Fig.5 zeigt eine schematische Darstellung eines Noppengewirkes als luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage.
Fig.6 zeigt eine schematische Darstellung eines Abstandsgebildes als luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage. Fig.7 zeigt eine schematische Darstellung einer beflockten metallisierten Lage als luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage.
Fig.8 zeigt ein Bekleidungsstück mit dem erfindungsgemäßen Material
Fig.9a zeigt einen Querschnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Materials. Fig.9b zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Materials.
Fig.10 zeigt die Wärmebildaufhahme einer metallisierten Membrane
Fig.l 1 zeigt die Wärmebildaufnahme einer konvektiven Lage
Fig.12 zeigt die Wärmebildaufhahme des erfindungsgemäßen Materials Fig.13 zeigt die Wärmebildaufhahme einer weiteren metallisierten Membrane
Fig.14 zeigt eine weitere Wärmebildaufhahme des erfindungsgemäßen Materials
Fig.l zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung. Das erfindungsgemäße infrarot reflektierende Material (10) enthält eine wasserdampfdurchlässige, metallisierte Lage (20) mit einer oberen Oberfläche (22) und einer unteren Oberfläche (24). Auf mindestens einer der Oberflächen (22,24) der metallisierten Lage (20) ist eine drapierfähige, konvektive Lage (30) angeordnet. Die konvektive Lage (30) weist eine luftdurchlässige dreidimensional durchströmbare Süuktur auf. Auf einer oberen Lagenoberfläche (32) der konvektiven Lage (30), entgegengesetzt zur metallisierten Lage (20), ist ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist das luftdurchlässige Flächengebilde (40) Bestandteil der konvektiven Lage (30) und bildet selbst die obere Lagenoberfläche (32). Die dreidimensional durchströmbare Struktur ermöglicht eine Warmekonvektion innerhalb der konvektiven Lage (30) und auf der Oberfläche (22,24) der metallisierten Lage (20) um die äußere Oberfläche der konvektiven Lage (30), d.h. das Flächengebilde (40) der Umgebungstemperatur anzugleichen. Warmekonvektion bedeutet hierbei, eine Kühlung oder Erwärmung der von der metallisierten Lage (20) reflektierten Temperaturen durch Luftkonvektion zu erreichen.
Die metallisierte wasserdampfdurchlässige Lage (20) ist in einer Ausführungsform eine metallisierte Textilschicht. Die Metallschicht einer solchen metallisierten Textilschicht liegt als metallischer Film oder in Form von metallischen Partikeln, Fasern oder Pigmenten vor. Die Metallschicht ist entweder auf einer oder beiden Oberfläche(n) der Textilschicht aufgebracht und oder befindet sich innerhalb der Textilschicht. Die metallisierte Textilschicht umfaßt gewebte, gestrickte oder gewirkte Textilien aus Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polyurethan, Baumwolle, Wolle und Kombination davon.
Vorzugsweise handelt es sich bei der metallisierten Lage (20) u eine metallisierte Membrane oder Film. Die metallisierte Membrane kann als nichtporöse (monolytische) Membrane oder als mikroporöse Membrane vorliegen. Beispiele für nichtporöse Membrane sind Polyurethan, Copolyether, Copolyester oder Silicone. Membrane sind dünn, leicht, flexibel und drapier-fahig und damit besonders für
Bekleidung geeignet. Zusätzlich können sie wasserdampfdurchlässig und wasserdicht sein und verbessern damit das Komfortverhalten von Bekleidungsstücken erheblich.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte mikroporöse Membrane (50) mit einer Metallschicht (55). Die mikroporöse Membrane (50) hat eine obere
Membranoberfläche (51), eine untere Membranoberfläche (53) und diskontinuierliche Polymerabschnitte , die dazwischen Poren (52) definieren. Bevorzugte mikroporöse Membrane (50) beinhalten Fluorpolymere wie beispielsweise Polytetrafluorethylen; Polyoϊefine wie Polyethylen oder Polypropylen; Polyamide, Polyester; Polysulfone, Polyethersulfone und Kombinationen davon; Polycarbonate; Polyurethane. Vorzugsweise wird eine Membrane aus gerecktem Polytetrafluorethylen (ePTFE) verwendet. Die Membrane aus ePTFE liegt mit einer Dicke zwischen 5- 500μm, vorzugsweise zwischen 50-300μm vor.
Dieses Material zeichnet sich durch eine Vielzahl von offenen, miteinander verbundenen Hohlräumen aus, einem großem HoWraumvolumen und einer großen Stärke. Gerecktes PTFE ist weich, flexibel, hat stabile chemische Eigenschaften, eine hohe Durchlässigkeit gegenüber Gasen sowie Dämpfen und eine Oberfläche mit einer guten Abweisung gegen Verunreinigungen.
Die Porosität und die Porengröße ist so gewählt, dass die Gasdifϊusion nicht behindert wird. Die durchschnittliche Porengröße kann 0,02 - 3μm betragen, vorzugsweise 0,1 - 0,5 μm. Die Porosität beträgt 30 - 90%, vorzugsweise 50 - 80%. Gleichzeitig ist das Material wasserdicht. Ein Verfahren zur Herstellung solcher poröser Membrane aus gerecktem PTFE ist beispielsweise in den Patenten US 3,953,566 und US 4,187,390 offenbart.
In einer Ausführungsform weist die ePTFE-Membrane eine wasserdampfdurchlässige kontinuierliche, hydrophile, polymere Schicht auf. Ohne Beschränkung darauf sind geeignete kontinuierliche wasserdampfdurchlässige Polymere solche aus der Familie der Polyurethane, der Familie der Silikone, der Familie der Copolyetherester oder der Familie der Copolyetherester Amide. Geeignete Copolyetherester hydrophiler Zusammensetzungen werden in der US-A-4 493 870 (Vrouenraets) und US-A- 4 725 481 (Ostapachenko) gelehrt. Geeignete Polyurethane sind in der US-A-4 194 041 (Gore ) beschrieben. Geeignete hydrophile Zusammensetzungen sind in der US-A-42340 838 (Foy et al.) zu finden. Eine bevorzugte -Klasse von kontinuierlichen wasserdampfdurchlässigen Polymeren sind Polyurethane, besonders solche, die Oxyethyleneinheiten enthalten wie in der US-A-4 532 316 (Henn) beschrieben ist.
Die Metallschicht (55) ist vorzugsweise auf der oberen Oberfläche der Membrane (51) aufgebracht, das heißt das Metall bedeckt die obere Oberfläche der „offenen" Porenwände. „Offene" Porenwände sind die Abschnitte der Porenwände, die entweder die obere Oberfläche oder freiliegende oberflächennahe Anschnitte der Membrane umfassen. Wenn man senkrecht auf die obere Oberfläche (22) herunterschaut, bildet die Metallschicht (55) eine in der Sichtlinie durchgängige Abdeckung. Von der Seite ist erkennbar, dass die Metallschicht (55) diskontinuierlich ist, wobei die Poren (52) für den Wasserdampf offenbleiben, während die obere Oberfläche (22) und deren reiliegenden oberflächennahen Abschnitte bedeckt sind.
Die Metallisierung ist typischerweise nur auf einer Seite, sie kann jedoch auf beiden Seiten oder innerhalb der gesamten Struktur der Membran vorliegen. Das Metallisieren kann mit einer Anzahl von Beschichtungsverfahren auf der Membran erfolgen, einschließlich dem physikalischen Bedampfen durch zum Beispiel Zerstäuben, Vakuumverdampfen, chemisches Bedampfen, stromloses Plattieren oder andere bekannte Beschichtungsverfahren. Der Emissionsgrad der Metallbeschichtung kann im Bereich von 0,04 bis 1 liegen, wobei dies von der gewünschten thermischen Leistung abhängt. DerEmissionsgrad wird mit einem Emissiometer der Firma Devices and Services, Modell AE, ermittelt. Wenn ein hoher Reflexionsgrad erwünscht ist, ist eine entsprechend dicke Beschichtung mit geringem Emissionsgrad erforderlich. Wenn andererseits ein hoher Absorptionsgrad erwünscht ist, ist eine entsprechend dünne Beschichtung mit hohem Emissionsgrad notwendig.
Das in den metallisierten, mikroporösen Filmen und Membranen verwendete Metall kann irgendein Metall sein, das auf den Film oder die Membrane aufgedampft oder zerstäubt werden kann und die gewünschte reflektierende Wirkung erzeugt, wie
Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Platin, Palladium, Zinn, Titan oder dergleichen oder irgendwelche Legierungen oder Kombinationen dieser Metalle. . Vorzugsweise ist die metallisierte Lage ein gerecktes Polytetrafluorethlen (ePTFE) mit einer Aluminiumbedampfung. Derartige metallisierte mikroporöse Membrane und ihre Herstellung werden beispielsweise in der US 5,750,242 beschrieben.
Die metallisierten Membrane weisen eine Wasserdampfdurchlässigkeit von unter 150(m2xPa)/W auf. Damit wird sichergestellt, dass Bekleidungsstücke oder Abdeckungen mit metallisierten Membranen Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf zur Umgebung abgeben können.
In Fig. 3 ist die metallisierte mikroporöse Membrane (50) mit einem textilen Trägermaterial (59) versehen, welches der Membrane einen zusätzlichen Schutz und Festigkeit verleiht. Das Trägermaterial (59) kann mit einer wasserdampfdurchlässigen ■ kontinuierlichen oder diskontinuierüchen Klebstoffschicht auf der metallisierten Oberfläche oder der Membrane auflaminiert sein. Es ist auch möglich auf der nichtmetallisierten Oberfläche das Trägermaterial aufzubringen. Vorteilhafterweise ist das Trägermaterial (59) ein textiles Flächengebilde aus gewebten, gewirkten oder gestrickten, natürlichen oder synthetischen textilen Materialien. Alternativ kann auf der anderen Membranoberfläche ein weiteres Flächengebilde angeordnet sein. Klebstoff und Trägermaterial (59) müssen eine gewisse IR Transparenz aufweisen, damit die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials nicht gemindert werden.
In einer weiteren Aus-f-ührungsform ist die metallisierte Lage oleophobiert um die Metallschicht (55) vor Oxidation zu schützen. Eine oleophobierte, metallisierte, -mikroporöse Membrane (50) ist in Fig. 4 dargestellt. Dort ist eine metallisierte, mikroporöse Membrane (50) mit einer olebphoben Schicht (57) versehen. Eine Oleophobierung erfolgt nach Abschluß des Metallisierungsverfahrens und erfolgt derart, dass die Porosität der Membrane nicht deutlich verringert wird. Gewöhnlich wird ein Oleophobiermittel in flüssiger Form auf das zu oleophobierende Material aufgebracht, wie beispielsweise durch Tauchen, Tränken, Sprühen, Beschichten, Streichen, Walzen. Besonders bevorzugt wird für die vorliegende Erfindung eine oleophobierte metallisierte ePTFE Membrane entsprechend der Offenbarung der US 5,955,175. Die oleophobierte mikroporöse Membrane (50) kann ebenfalls mindestens eine textile auflaminierte Trägerschicht (59) aufweisen.
Die konvektive Lage (30) stellt eine Schicht dar, die durch Luftkonvektion Wärme oder
■ Kälte von der Oberfläche der metallisierten Lage (20) abführt. Dazu weist die konvektive Lage (30) eine luftdurchlässige, dreidimensional durchströmbare Struktur auf. Dreidimensional durchströmbare Struktur bedeutet bei der vorliegenden Erfindung, dass in x-, y- und z-Richtuήg ein geringer Strömungswiderstand vorliegt sowie in z- Richtung ein Abstand definiert wird, der mit einer Umgebung in ständigem Luftaustausch steht. Damit wird erreicht, dass Luft in die konvektive Lage (30) eindringt, über die Oberfläche der metallisierten Lage strömt und in Abhängigkeit von den vorherrschenden Bedingungen Wärme oder Kälte aufnimmt und zur Umgebung hin abtransportiert. Außerdem ist die konvektive Lage (30) drapierbar. Das Merkmal der Drapierbarkeit ist für die vorliegende Erfindung sehr wichtig, damit das erfindungsgemäße Material zu flexiblen Bekleidungsstücken (12) oder Abdeckungen verarbeitet werden kann. Dazu wird die konvektive Lage (30) aus flexiblen, vorzugsweise weichen, anpassungsfähigen Materialien wie textilen Fasern oder Garne hergestellt, die eine gewisse Verformbarkeit der konvektiven Lage (30) zulassen. Dazu zählen Materialien wie Polyolefine wie z.B. Polypropylene; Polyester, Polyamide, Aramide, Polyacrylamide oder Naturfaserstoffe wie Wolle, Seide, Baumwolle, Flachs bzw. Mischungen daraus. Außerdem können über die Verarbeitung dieser Materialien weiche, anpassungsfähige Strukturen erzielt werden.
Die konvektive Lage (30) kann jede mögliche Form oder Aufbau haben, solange eine dreidimensionale Durchströmbarkeit und eine ausreichende Luftdurchlässigkeit gegeben sind. Vorzugsweise bildet die konvektive Lage (30) einen definierten Abstand über mindestens einer der Oberflächen der metallisierten Membrane (50) in dem erfindungsgemäßen Material. Dazu weist die dreidimensionale Struktur Abstandshalter (34) auf, die vorzugsweise annähernd senkrecht innerhalb der konvektiven Lage (30) zu mindenstens einer der Oberflächen der metallisierten Lage (20) angeordnet sind. Die Abstandshalter (34) sind vorzugsweise elastisch komprimierbar und können bei eine Verformung des erfindungsgemäßen Materials nachgeben um nach Entlastung wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Vorzugsweise sind auch die
Abstandshalter (34) durchströmbar. Somit verteilt die konvektive Lage einströmende Luft über der Oberfläche der metallisierten Lage (20) gleichmäßig in x-, y- und z- Richtung. Die Luft nimmt dabei überschüssige Wärme oder Kälte von der Oberfläche der metallisierten Lage (20) auf und transportiert sie von der Oberfläche weg. Damit erfolgt eine Angleichung der Oberflächentemperatur der konvektiven Lage mit der Umgebungstemperatur. Die konvektive Lage (30) hat eine Luftdurchlässigkeit in z- Richtung von mindestens 100 l/m2s bei einem Druck von lOPa und in lateraler, d.h. x- und y-Richtung von mindestens 50 l/m2s bei einem Druck von lOPa. Vorzugsweise Hegt eine Luftdurchlässigkeit von 500 bis 2000 l/m2s vor. So kann die konvektive Lage (30) durch dreidimensionale Textilien wie Noppenvliese, Noppengestricke, Noppengewebe, Noppengewirke (36), Abstandsgewirke (60) oder beflockte Materialien (39) gebildet sein. Auch retikulierte Schäume aus Polyester oder Polyurethan sowie waben-, rippen- oder netzartige dreidimensionale Strukturen können zur Anwendung Kommen. Allgemein kann die konvektive Lage (30) aus der Gruppe der Materialien aufweisend Polypropylen, Polyester, Polyurethan, Polyethylen, Polyamide und Kombination davon gewählt sein.
Zum Erreichen einer guten Konvektion muss die konvektive Lage (30) eine Dicke von mindestens 2mm, vorzugsweise zwischen 2 bis 20mm aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Dicke von 10mm eine sehr gute thermische Abschirmung erzielt wurde.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Figuren 5 bis 7 schematisch dargestellt.
Entsprechend Fig. 1 ist auf der oberen Lagenoberfläche (32) der konvektiven Lage (20), der Oberfläche die der metallisierten Lage (20) gegenüber liegt, ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) angeordnet. Das luftdurchlässige Flächengebilde (40) kann auch Bestandteil der konvektiven Lage (30) selbst sein und die obere Lagenoberfläche (32) bilden. Das Flächengebilde (40) schützt die konvektive Lage (30) vor äußeren Einflüssen wie Abrieb und mechanischer Beschädigung, regelt den Luftaustausch zwischen der Umgebung und der konvektiven Lage (30) und gleicht die Temperatur zwischen Umgebung und konvektiver Lage (30) aus. Insbesondere in einem Bekleidungsstück (12) stellt dieses Flächengebilde (40) die Außenseite des Bekleidungsstückes (14) dar. Die oben beschrieben Konvektion innerhalb der konvektiven Lage (30) resultiert darin, dass die Außenseite des Bekleidungsstückes (14) eine Temperatur annimt, die im wesentlichen der Umgebungstemperatur entspricht. Somit ist das Bekleidungsstück (12) mit einem Wärmebildgerät praktisch nicht sichtbar. Vorzugsweise ist das Flächengebilde (40) porös bei einer durchschnittlichen Porengröße von 0,1 bis lOμm. Bevorzugte Materialien sind Gewebe, Gewirke oder Gestricke aus Polypropylen oder Polyethylen. Polypropylen und Polyethylen sind besonders bevorzugt, da diese Materialien IR- Wellen transparent sind. Weitere Materialien können Seide, Polyamid, Polyester, Polyurethan und Kombination davon enthalten. Bei dem Flächengebilde handelt es sich vorzugsweise um ein textiles Material, und zwar um Web-, Wirk-, Strick-, Maschen- oder Netzware mit derartiger Machart, dass es eine relative hohe
Luftdurchlässigkeit aufweist. Das Flächengebilde (40) hat eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 50 l/m2/s bei einem Luftdruck von lOPa. Andere textile Materialien wie synthetische (Polyamide, Polyester, Polyolefϊne, Acryle) oder natürliche (Baumwolle, Wolle, Seide, oder Kombinationen davon) Materialien können Verwendung finden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein textiles Flächengebilde mit einer gestrickten Maschenstruktur verwendet, das unter der Handelsbezeichnung Cordura® AFT von der Firma Rökona erhältlich ist. Außerdem kann das Flächengebilde (40) zu Tarnzwecken mit einem Camouflage- Aufdruck versehen sein.
Das erfindungsgemäße Material hegt in einer Ausführungsform als ein Verbund aus metallisierter Lage (20) und mindestens einer konvektiven Lage (30) vor, wobei die beiden Lagen an ausgewählten Stellen miteinander verklebt oder vernäht sind. Beim Vernähen ist darauf zu achten, dass die Nähte wasserdicht abgedichtet werden. In einer anderen Aus-f-ührungsform bilden die metallisierte Lage(20) und die mindestens eine konvektive Lage (30) ein Laminat. Dazu werden die beiden Lagen mit einem wasserdampfdurchlässigen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Klebstoff, wie beispielsweise Polyurethanklebstoff, unter Wärme und Druck miteinander verklebt. Zusätzlich kann das luftdurchlässige Flächengebilde (40) an der mindestens einen konvektiven Lage (30) befestigt sein, beispielsweise durch vollflächiges oder partielles Laminieren, durch Vernähen oder durch Verkleben. Auch hier ist zu beachten, dass der -Klebstoff eine gewisse ER. Tranparenz aufweisen muß.
Fig. 5 zeigt als luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage (30) ein Noppengewirke (36) vorzugsweise aus einem dreidimensional verformten Polypropylengewirke. Anstelle von Polypropylen kann auch ein Polyester-, Polyethylen- oder Polyamidgewirke bzw. Mischungen daraus verwendet werden. Bevorzugt sind Polypropylen und Polyethylen aufgrund ihrer IR- Wellen Transparenz. Die Noppen sind in Reihe, versetzt zueinander oder aber in jeder anderen beliebigen Struktur aus einem flächigen Grundgebilde gleichen Materials herausgeformt. Das flexible Grundgebilde ist vorzugsweise ein offenporiges Gewirke, Vlies, Gestrick, Gitter oder Gewebe. Die Luftdurchlässigkeit dieses offenporigen Noppengewirkes (36) ist vorzugsweise größer 500 l/m2s bei einem Luftdruck von lOPa. Anstelle von Noppen könne auch Stege oder ähnliche geometrische Formen auftreten, die eine dreidimensionale Struktur bilden. Vorzugsweise stehen die Noppen senkrecht zum Grundgebilde. Damit bilden die Noppen zum einen Abstandshalter (34) für eine konvektive Lage (30) mit einem definierten Abstand und zum anderen Strömungskanäle für die Luft, so dass diese sich gleichmäßig in x, y und z-Richtung verteilen kann und zwar um die Noppen herum als auch aufgrund der Offenporigkeit durch die Noppen hindurch. Das Noppengwirke (36) ist flexibel und elastisch komprimierbar und damit für die Verarbeitung in Bekleidungstücken (12) geeignet. Solche dreidimensionale Noppengewirke (36) sind beispielsweise bei der Firma Textec Construct GmbH, in Detmold, Deutschland, erhältlich. Die Noppen eines Noppengewirkes der Firma Textec weisen eine Noppenhöhe zwischen 2 bis 19mm auf. Die Herstellung derartiger Noppengewirke (36) ist beispielsweise in der Gebrauchmusterschrift DE 200 12 275 offenbart.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für eine luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage (30). Die konvektive Lage (30) wird hier durch ein Abstandsgebilde (60) geformt. Das Abstandsgebilde (60) wird durch zwei parallel zueinander angeordneten luftdurchlässigen Flächengebilden (62, 64) beispielsweise aus Polypropylen, Polyamide, Polyester, gebildet, wobei die Flächengebilde (62, 64) durch Fasern (66) luftdurchlässig miteinander verbunden und gleichzeitig beabstandet sind. Zumindest ein Teil der Fasern (66) ist als Abstandshalter (34) senkrecht zwischen den Flächengebilden (62, 64) angeordnet. Die Fasern (66) sind aus einem flexiblen, verformbaren Material wie beispielsweise Polyester oder Polypropylen. Die Luft strömt durch die Flächengebilde (62, 64) und durch die Fasern (66) hindurch. Die
Flächengebilde (62, 64) sind offenporige gewebte, gestrickte oder gewirkte textile Materialien. Ein solches Abstandsggebilde (60) ist beispielsweise bei der Firma Müller Textil GmbH in Wiehl-Drabenderhöhe, Deutschland erhältlich.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine luftdurchlässige, drapierfähige, -konvektive Lage (30). Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel wird die metallisierte Lage (20) partiell mit Fasern (66) (z.B. aus Polypropylen, Polyester, Polyamid oder Mischungen daraus) beflockt. Dadurch wird direkt auf der Oberfläche der metallisierten Lage (20) eine dreidimensionale Struktur geschaffen, indem die Fasern (66) senkrecht als Abstandshalter (34) zur metallisierten Lage (20) auf dieser befestigt werden. Die
Herstellung beflockter Artikel (38) ist beispielsweise in der EP 889 697 Bl offenbart, wo Flockenteilchenmaterial (39) wie Flachfasern aufgerecktem PTFE befestigt ist. Fig. 8 zeigt ein Bekleidungsstück (12) mit dem erfindungsgemäßen Material (10) in Form einer Jacke. Zu einem Bekleidungsstück (12) im Sinne der Erfindung gehören Jacken, Mäntel, Westen, Hosen, Handschuhe, Mützen, Schuhe und dergleichen. Vorzugsweise dienen die Bekleidungsstücke (12) als wasserdichte und wasserdampfdurchlässige- Tarnbekleidung. Das Bekleidungsstück (12) hat eine
Außenseite (14) und eine Innenseite (16) und ist aus dem erfindungsgemäßen Material (10) aufgebaut. Dabei bildet die metallische Lage (20) die Innenseite (16) und die konvektive Lage (30) vorzugsweise mit einem luftdurchlässigem Flächengebilde (40) bildet die Außenseite (14). Die metallische Lage (20) kann zusätzlich noch mit weiteren Schichten wie Isolationsschichten und oder Futterschichten ausgerüstet sein.
Die Figuren 9a und 9b zeigen entsprechend der gestrichelten Linie LXa,b in Fig. 8 zwei
Ausführungsformen des Bekleidungsstückes (12) jeweils im Querschnitt.
Fig. 9a zeigt die metallisierte Lage (20) als Innenseite (16) und das luftdurchlässige Flächengebilde (40) als Außenseite (14). Die metallisierte Lage (20) ist vorzugsweise eine metallisierte ePTFE Membrane. Das luftdurchlässige Flächengebilde (40) ist vorzugsweise eine offenporige textile Webware. Dazwischen ist' eine konvektive Lage (30) in Form eines Noppengewirke (36) angeordnet. Das Noppengewirke (36) ist derart angeordnet, dass die Noppen (37) zum Flächengebilde (40) gerichtet sind. Fig.9b zeigt den gleichen Aufbau wie Fig. 9a mit dem Unterschied, dass das
Noppengewirke (36) derart angeordnet ist, dass die Noppen (37) zur metallisierten Lage (20) gerichtet sind.
Beispiele
Zur Darstellung der Erfindung wurden von verschiedenen Mustern. Aufnahmen mit einer Infrarotkamera ThermaCAM™PM 575 (Wärmebildgerät) der Firma Flier Systems GmbH bei einer Wellenlänge von 8-12μm gemacht. Die Infiarotkamera mißt die von einem Objekt emittierte Infrarotstrahlung und stellt diese in einem sichtbaren Bild dar. Da die Strahlung eine Funktion der Oberflächentemperatur des Objektes ist, kann die Kamera diese Temperatur genau errechnen und anzeigen. In den Versuchen wurden jeweils die Temperaturen von Umgebung und Muster ermittelt. Mit einem ■ Computerprogramm (AGEMA®Report) wurden die Bilder bearbeitet, so dass die Durchschnittstemperaturen von Muster und Umgebung errechnet werden können. Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungs- und Mustertemperatur ist, desto besser ist die thermische Tarnung.
Beispiel 1
Die Versuchsergebnisse sind in den Wärmebildern der Fig.10 bis 12 dargestellt. Die Messung fand in einem In-frarotbereich von 8-12μm am hellen Tag bei kaum Wind statt. Das jeweilige Muster war im Brustbereich in einem Tarnanzug integriert, der von einer Testperson getragen wurde. Die Mustertemperatur Tm wurde auf der Brustoberfläche der Testperson aufgenommen.
Bei der metallisierten Membrane handelt es sich um eine Membrane aus mikroporösem ePTFE mit einer Dicke von 25 μm und einer nominellen Porengröße von 0,2μm. Eine solche Membrane ist bei der Firma W.L.Gore & Associates erhältlich. Die ePTFE Membrane wurde metallisiert, indem sie durch Verdampfen und Kondensieren mit Aluminium bedampft wurde. Für die Metallisierung wurde ein Aluminiumdraht in einem Oxidschmelztiegel unter einem Hochvakuum (0,0002666 Pa) bei etwas 1220°C erhitzt. Das Aluminium verdampfte. Die ePTFE Membrane wurde über den Schmelztiegel geleitet. Der Dampf aus dem Schmelztiegel stieg auf, wodurch auf der angrenzenden Seite der Membrane eine diskontinuierliche Schicht erzeugt wurde. Dann wurde die beschichtete Membrane auf eine Walze gewickelt.
Für das 1. Muster ist auf der metallisierten Seite der Membrane ein Gestrick aus
Polypropylen mit einer Luftdurchlässigkeit von 65 1/m2 s bei einem Luftdruck von lOPa angeordnet.
Das 2. Muster enthält ein Abstandsgewirke mit einer Höhe von 1 mm aus Polyester, erhälthch bei der Firma Müller Textil GmbH, Deutschland. Das Abstandsgewirke hat eine Luftdurchlässigkeit von 870 1/m2 s. Auf dem Abstandsgewirke ist ein Gestrick aus Polyester mit einer Luftdurchlässigkeit von 550 1/m2 s bei einem Luftdruck von lOPa angeordnet. Das 3. Muster enthält eine metallisierte Membrane entsprechend dem 1. Muster, darauf angeordnet ein Abstandsgewirke nach dem 2. Muster und darauf wiederum angeordnet ein Gestrick aus Polyester mit einer Luftdurchlässigkeit von 550 1/m2 s bei einem Luftdruck von lOPa. Bei den Messungen mit der Infrarotkamera zeigten bei allen drei Mustern die Gestricklage zur Kamera.
Figure imgf000023_0001
von 8-12 μm.
Bei dem 1. Muster (Fig.10) kühlt sich die Oberfläche des Musters durch Reflexion des Himmels sehr stark ab und eine erkennbare Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur ist erkennbar. Bei dem 2. Muster (Fig.l 1) ist die thermische Tarnung schon besser als beim 1. Muster, jedoch ist die Oberflächentemperatur durch Körpererwärmung und/oder Sonneneinstrahlung etwas zu hoch. Das 3. Muster (Fig.12) zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau und im Vergleich zur Umgebung eine fast identische Temperatur.
Beispiel 2
Die Versuchsergebnisse sind in den Wärmebildern der Fig. 13 bis 14 dargestellt.
Dieser Versuch fand bei einer Wellenlänge von 8-12μm statt.
Die Muster befanden sich auf einer heißen Platte mit einer Temperatur von 32°C zur
Darstellung der menschlichen Hauttemperatur. Die Umgebung wurde auf eine
Temperatur von ~18°C zur Darstellung eines kalten Himmels gekühlt. Es herrschte ein seitücher Wind mit 1m/s.
Das 4. Muster enthält eine mikroporöse Membrane wie beim 1. Muster mit einer zusätzlichen hydrophilen kontinuierlichen Beschichtung aus Polyurethan. Eine solche
Membrane ist bei der Firma W.L.Gore & Associates erhälthch und wurde nach dem
Verfahren zum 1. Muster metallisiert. Auf der metallisierten Schicht ist ein Gestrick aus
Polyethylen mit einer Luftdurchlässigkeit von 800 1/m2 s bei einem Luftdruck von lOPa, erhältlich bei der Firma Rökona, angeordnet. Das 5. Muster enthält die gleiche Membrane wie im 4. Muster, darauf angeordnet ein Abstandsgewirke aus Polyester mit einer Höhe von 10mm und einer Luftdurchlässigkeit von 8701/m2 s, erhältlich bei der Firma Müller Textil GmbH, Deutschland und darauf wiederum angeordnet ein Gestrick aus Polyethylen mit einer Luftdurchlässigkeit von 8001/m2 s bei einem Luftdruck von lOPa. Bei den Messungen mit der Infiarotkamera zeigen bei den beiden Mustern jeweils die Gestricklage zur Kamera.
Figure imgf000024_0001
Tab.3 Vergleich der thermischen Tarnung von zwei Abschiπnmuster bei einer Wellenlänge von 8-12μm 10 Im Unterschied zu Beispiel 1 erhitzt sich hier das 4. Muster im Vergleich zur
Umgebungstemperatur auf. Dadurch fällt die Temperaturdifferenz entsprechend hoch aus und eine ausreichende thermische Tarnung ist nicht gegeben. Das 5. Muster zeigt eine wesentlich geringere Temperaturdifferenz. Das bedeute, dass die Oberfläche dieses Musters eine ausreichende Angleichung an die Umgebungstemperatur erfahren hat. L5 Eine thermische Tarnung ist gegeben.
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Claims

Ansprüche
1. Ein infrarot reflektierendes Material (10) zum Abdecken von Objekten, aufweisend a) mindestens eine metallisierte, wasserdampfdurchlässige Lage (20) mit einer oberen Oberfläche (22) und einer unteren Oberfläche (24) und mit b) mindestens einer luftdurchlässigen, drapierfahigen, konvektiven Lage (30) mit einer dreidimensional durchströmbaren Struktur, wobei die konvektive Lage (30) mindestens auf einer der Oberflächen (22, 24) der metallisierten Lage (20) angeordnet ist.
2. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) eine obere Lagenoberfläche (32) aufweist und auf dieser Lagenoberfläche (32) ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) angeordnet ist.
3. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) eine obere Lagenoberfläche (32) aufweist und die obere Lagenoberfläche (32) durch ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) gebildet ist.
4. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) auf der oberen Oberfläche (22) der metallisierten Lage (20) angeordnet ist.
5. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) eine Dicke von mindestens 2 mm aufweist.
6. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) eine rippenartige, wabenartige, genoppte, netzartige, beflockte, schaumartige Struktur aufweist.
7. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) Abstandshalter (34) aufweist, die senkrecht zu mindestens einer der Oberflächen (22,24) der metallisierten Lage (20) angeordnet sind.
8. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) ein dreidimensionales Noppengewirke (36) aufweist.
9. Material (10) nach Anspruch 1 , wobei die konvektive Lage (30) aus der Gruppe der Materialien aufweisend Polypropylen, Polyester, Polyurethan, Polyethylen, Polyamide und Kombinationen davon ausgewählt ist.
10. Material (10) nach Anspruch 1, wobei die konvektive Lage (30) eine Luftdurchlässigkeit in z-Richtung von mindestens 100 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
11. Material (10) nach Anspruch 1, wobei die konvektive Lahe (30) eine Luftdurchlässigkeit in x- und y-Richtung von mindestens 50 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
12. Material (10) nach Anspruch 2 und 3, wobei das Flächengebilde (40) eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 50 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
13. Material (10) nach Anspruch 1, wobei das Flächengebilde (40) aus der Gruppe der Materialen aufweisend Polypropylen, Seide, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polyurethan und Kombinationen davon ausgewählt ist.
14. Material nach Anspruch 1, wobei die metallisierte Lage (20) ein metallisiertes Textil aufweist.
15. Material (10) nach Anspruch 1, wobei die metallisierte Lage (20) eine metallisierte Membrane aufweist.
16. Material (10) nach Anspruch 14, wobei die metallisierte Membrane wasserdicht und wasserdampfdurchlässig ist.
17. Material nach Anspruch 1, wobei die metallisierte Lage (20) eine mikroporöse, wasserdampfdurchlässige, polymere Membrane (50) mit einer oberen Membranoberfläche (51), einer unteren Membranoberfläche (53) und dazwischenliegenden Poren (52) aufweist und eine Metallschicht (55) zumindest eine der Oberflächen der Membrane und freiliegende oberflächennahe Abschnitte davon bedeckt.
18. Material (10) nach Anspruch 17, wobei die Metallschicht (55) aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Platin, Palladium, Zinn, Titan, deren Legierungen, Oxide, Nitride, Hydroxide und Kombinationen davon ausgewählt ist.
19. Material (10) nach Anspruch 17, wobei die mikroporöse Membrane (50) aus der Gruppe bestehend aus gerecktem Polytetrafluorethylen (ePTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan und Mischungen davon ausgewählt ist.
20. Material (10) nach Anspruch 1, wobei die metalhsierte Lage (20) eine metallisierte, mikroporöse, polymere Membrane aus gerecktem Polytetrafluorethylen aufweist.
21. Material (10) nach Anspruch 20, wobei die ePTFE-Membrane eine wasserdampfdurchlässige, kontinuierhche, hydrophile, polymere Schicht aufweist.
22. Material (10) nach Anspruch 1, das zumindest einen Teil eines Bekleidungs- oder Zeltmaterials bildet.
23. Bekleidungsstück(12) aus einem infrarot reflektierenden Material (10), das infrarot reflektierende Material (10) weist mindestens eine metalhsierte, wasserdampfdurchlässige Lage (20) mit einer oberen Oberfläche (22) und einer unteren Oberfläche (24) und mindestens eine luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage (30) mit einer dreidimensional durchströmbaren Struktur auf, wobei die konvektive Lage (30) auf mindestens einer der Oberflächen (22,24) der metallisierten Lage (20) angeordnet ist.
24. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) eine obere Lagenoberfläche (32) aufweist und auf dieser Lagenoberfläche (32) ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) angeordnet ist.
25. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) eine obere Lagenoberfläche (32) aufweist und die obere Lagenoberfläche (32) durch ein luftdurchlässiges Flächengebilde (40) gebildet ist.
26. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, mit einer Außenseite und einer Innenseite, wobei die obere Oberfläche (22) der metallisierten Lage (20) zur Außenseite gerichtet ist und die konvektive Lage (30) auf der zur Außenseite gerichteten oberen Oberfläche (22) angeordnet ist.
27. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) eine Dicke von mindestens 2mm aufweist.
28. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) eine rippenartige, wabenartige, genoppte, netzartige, beflockte, schaumartige Struktur aufweist.
29. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) Abstandshalter (34) aufweist, die senkrecht zu mindestens einer der Oberflächen (22,24) der metallisierten Lage (20) angeordnet sind.
30. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) ein dreidimensionales Noppengewirke (36) aufweist.
31. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) aus der Gruppe der Materialien aufweisend Polypropylen, Polyester, Polyurethan, Polyethylen, Polyamid und Kombinationen davon ausgewählt ist.
32. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lage (30) eine Luftdurchlässigkeit in z-Richtung von mindestens 100 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
33. Material (10) nach Anspruch 23, wobei die konvektive Lahe (30) eine Luftdurchlässigkeit in x- und y-Richtung von mindestens 50 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
34. Bekleidungsstück (1) nach Anspruch 24 und 25 wobei das Flächengebilde (40) eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 50 l/m2s bei einem Druck von lOPa aufweist.
35. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die metallisierte Lage (20) ein metallisiertes Textil aufweist.
36. Bekleidungsstück (12) nach Anspruch 23, wobei die metallisierte Lage (20) eine metalhsierte Membrane aufweist.
37. Anordnung zum Tarnen von Objekten gegen Wärmebildgeräte, die Anordnung weist eine metallisierte wasserdampfdurchlässige Lage (20) mit einer oberen Oberfläche (22) und einer unteren Oberfläche (24) auf, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (30) zur Temperaturkontrolle und zum konvektiven Wärmeaustausch auf mindestens einer der Oberflächen (22, 24) der metallisierten Lage (20) vorgesehen sind.
38. Anordnung nach Anspruch 37, wobei das Mittel (30) eine luftdurchlässige, drapierfahige, konvektive Lage (30) mit einer dreidimensionalen durchströmbaren Struktur umfaßt.
39. Anordnung nach Anspruch 38, wobei die konvektive Lage (30) Abstandshalter (24) aufweist, die senkrecht zu mindestens einer der Oberflächen (22, 24) der metallisierten Lage (20) vorgesehen sind.
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