WO2008131916A2 - Flexibles mehrschichtiges material, vorzugsweise für eine aufblasbare ballonhülle, sowie ein verfahren zur herstellung einer aufblasbaren hülle - Google Patents

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Definitions

  • Flexible multilayer material preferably for an inflatable balloon envelope, and a method of making an inflatable balloon
  • the invention relates to a flexible multilayer material, in particular for an inflatable balloon envelope, an airship, an airbag, a sail, a flexible solar cell or a flexible antenna, and a method for producing an inflatable envelope.
  • the envelope for gas-filled balloons which are used for example for the deployment of various telecommunications and / or monitoring platforms in the stratosphere (high altitude balloons), from a material consisting of several layers to produce, for example, on a polyester fabric, a layer or a film of Mylar (polyethylene terephthalate, PET) and on this another poly ethylene layer or another polyethylene film are applied.
  • the individual layers are connected to each other by means of suitable adhesives.
  • the balloon envelope is made of a plurality of webs made of the multilayer material, which are also glued together. This brings with it some disadvantages.
  • the splices will leak so that the gas filling the balloon, eg helium or hydrogen, can escape. They also affect the flexibility and the required high strength or tensile strength of the balloon envelope, and last but not least, they also increase the envelope weight. Especially when stationed on the amount of 20 up to 30 km balloons (high altitude balloons) which are exposed to extreme temperature changes and, in particular, for example, temperatures of from -80 0 C, the adhesion points constitute a risk factor.
  • the present invention has for its object to provide a multilayer material, in particular for an inflatable balloon envelope but also for example for airships, parachutes, airbags, sails, flexible solar cells or the like, which is lightweight and high modulus of elasticity and high strength or Has tear resistance. Furthermore, a method for producing an inflatable casing made of the multilayer material according to the invention is to be proposed, in which the disadvantageous bonding of individual layers and webs is largely dispensed with and a light, flexible casing which withstands high pressure under different conditions, for example a Balloon, airship or airbag shell, can be generated.
  • This object is achieved by a multilayer material having the features of claim 1 and by a method according to claim 10.
  • the flexible multilayer material according to the invention is characterized by high tear resistance. Because this UHMWPE layer is surrounded on both sides by a respective layer or film of polyethylene (or the UHMWPP layer by a respective layer or film of polypropylene), the layers or films placed on top of one another can be connected to one another only by heating without having to use adhesives.
  • UHMWPE ultra-high molecular weight polyethylene
  • UHMWPP ultra-high molecular weight polypropylene
  • an inflatable envelope eg a balloon envelope
  • a "high-pressure container” around an inflated envelope by successively rolling up the individual layers or foils and subsequently heating them by means of a heating roller
  • the layers or foils are wound on the blown-on mold envelope in an overlapping manner and are rolled up onto the blown mold envelope.
  • the layers or foils are advantageously rolled onto a mold envelope rotating about its longitudinal axis by means of a roll moved along the mold envelope, wherein - A - also the heating roller is moved along the rotating mold shell. After completion of the shell, the shell is emptied and pulled out through a designated, closable opening from the shell.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the structure or layer composition of a multilayer material according to the invention
  • FIG. 3 shows a plant for the production of an inflatable balloon envelope from the multilayer material according to the invention.
  • Fig. 4 in front view of a sail of inventive multilayer material.
  • FIG. 1 shows diagrammatically from which layers according to the invention a flexible, multilayer material provided, for example, for an inflatable balloon or airship cover can be assembled.
  • a first layer 10 intended to form the inside of the balloon is formed by an ethylene-based, for example ethylene vinyl alcohol (EVOH), film which is about 5 to 20 ⁇ m thick.
  • EVOH ethylene vinyl alcohol
  • a layer 11 of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is applied, which may, for example, be commercially available material of fibers, filaments or the like, such as Dyneema or Spectra.
  • UHMWPE ultra-high molecular weight polyethylene
  • LLPPE low density polyethylene
  • the second UHMWPE layer 13 is to be covered with another LDPE polyethylene film 14, which may be provided with an aluminum protective layer on the outside.
  • the inner layer 10 could be provided with an additional powder coating in the nanoscale by plasma deposition or the like.
  • these at least one UHMWPE layer is surrounded on both sides by a respective layer or film of polyethylene, the layers or films placed on top of one another can be combined by heating alone. be connected without having to use adhesives or resin mixtures (Resin).
  • the layers are heated to a temperature just below the melting point, preferably to 60-90 0 C in a compressed state.
  • polyethylene films are in a special way stretch films through which when joining with the existing layer of fibers or filaments 13 already a self-adhesion is effected.
  • Ultra Molecular Weight Polypropylene could also form a corresponding layer or layers 11, 13, with layers or films of polypropylene (propylene) being used instead of the other polyethylene layers or films would.
  • Polypropylene is particularly suitable for applications at room temperatures, since polypropylene can only be used up to about -20 0 C.
  • Fig. 2 shows an enlarged view of a cross section, in particular through the layer 13 with the fibers or threads 13 '.
  • These threads 13 ' which each have a diameter in the micrometer range, are arranged such that they are approximately in a row, not superimposed, parallel to each other, so that each individual thread 13' on both sides with the respective film 12, 14th is connected. This results in an optimal full-surface connection between the films and the fibers or threads.
  • the bundles delivered usually bundled are detached from each other and aligned to an approximately single-tier layer 13, before they are then joined together with the films and glued.
  • FIG. 3 how, for example, a shell, for example a balloon envelope, is produced from the multilayer material described above.
  • Fig. 3 shows a system 20 with one of the outer shape of the balloon envelope to be produced, preferably in an aerodynamic shape inflated molding shell 21, which consists of a non-meltable with polyethylene material, preferably textile.
  • the mold sleeve 21 is rotatably mounted in the system 20 about its longitudinal axis a.
  • the first blown mold envelope 21 is first of all wound helically and overlappingly by means of layer 10, which is preferably formed by the gas-tight ethylene vinyl alcohol (EVOH) foil, for which purpose a roll 22 moved along the mold envelope 21 is present.
  • layer 10 is preferably formed by the gas-tight ethylene vinyl alcohol (EVOH) foil, for which purpose a roll 22 moved along the mold envelope 21 is present.
  • EVOH gas-tight ethylene vinyl alcohol
  • the first layer 10 is heated by means of a likewise moving along the mold shell 21 heating roller 24, which is associated with a magnetically co-moving counter-roller 25 inside the mold shell 21 and pressed together the overlapping film parts and in this case gas-tight connected.
  • these assembled films are subsequently cooled immediately, so that the molecular structure is not changed in the fibers.
  • the further layers or films are successively rolled individually onto the mold shell.
  • the two UHMWPE or Dyneema layers 11, 13 are wound in such a way that the fibers or threads of the two layers extending transversely to one another are directed to the longitudinal or rotational axis a of the mold shell 21.
  • the axis of rotation a of the mold sleeve 21 can be made oblique to the direction of displacement of the movable roller 22.
  • Teflon coating (FEP) can additionally be glued onto the balloon envelope as UV protection, preferably by means of an acrylic adhesive 966.
  • the balloon envelope produced according to the invention is thin and lightweight, and yet it can withstand extremely high pressure loads, even under changing conditions. It is advantageous that the individual foils can be wound at different locations with different overlapping, so that the shell can be designed differently strong at different locations. Thanks to the above-mentioned properties of the shell, a balloon can be brought to a greater height than is possible with conventional balloon envelopes.
  • the first layer onto which the further layers or films are applied is advantageously formed by a polyethylene film coated with aluminum on the side corresponding to the inside of the airbag cover. Thanks to the multilayer material according to the invention, a higher pressure can be used, but the airbag is sufficiently flexible on impact due to the high modulus of elasticity of the material upon impact. Instead of sheaths, products such as sails, flexible solar cells, flexible antennas and the like could also be produced from the material according to the invention.
  • the first layer or film is then applied to a mold surface having a straight or a corresponding negative mold, for example aspirated, before the further layers, of which in turn at least one consists of UHMWPE or UHMWPP, are applied and joined together by heating become.
  • one of the layers of stability surrounding the UHMWPE layer is advantageously made of a polyethylene (PE) coated nylon 66.
  • PE polyethylene
  • the sail is nevertheless much lighter than conventional nylon sails and therefore easier to handle.
  • a cover film with an outer aluminum protective layer can be used.
  • the fibers or threads 31 can then also be formed, for example, into loops 32, in which these fibers or threads 31 emerge from the sail and are returned to the sail, as with the thread 33, 33 ', 33 ".This results in an optimum transfer of force from the sail 30 to these ropes holding them in.
  • these threads could, for example, be braided into a rope and fibers or threads could also be provided in the transverse direction ,
  • this inventive multilayer material are bulletproof garments, flexible solar cells or batteries, bulletproof covers in helicopters, flexible tubes, balloons in the surgical field in high-pressure catheters for arteriosclerotic vessel openings, and further conceivable.
  • the respective layer of fibers or threads of different plastic materials for example, UHMWPE and UHMWPP could be composed, so that on one side of the layer consisting of fibers or filaments a layer or foil of different material relative to the layer on the the other side could be connected by heating.

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Abstract

Ein flexibles mehrschichtiges Material ist insbesondere für eine aufblasbare Ballonhülle, ein Luftschiff, einen Airbag, ein Segel, eine flexible Solarzelle oder eine flexible Antenne verwendbar. Es ist wenigstens eine Schicht (11, 13) insbesondere aus Ultra Molekulargewichtpolyethylen (ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE) oder aus Ultra Molekulargewichtpolypropylen (ultra high molecular weight polypropylen, UHMWPP) vorgesehen. Diese ist beidseitig durch je eine Schicht bzw. Folie (10, 12; 12, 14) aus Polyethylen oder Polypropylen umgeben und mit diesen verbunden, wobei die aufeinander gebrachten Schichten bzw. Folien ( 10- 14) durch Erhitzen miteinander verbindbar sind. Eine solche Materialschicht ist leicht und weist eine hohe Festigkeit bzw. Reissfestigkeit und einen hohen E-Modul auf.

Description

Flexibles mehrschichtiges Material, vorzugsweise für eine aufblasbare Ballonhülle, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer aufblasbaren
Hülle
Die Erfindung betrifft ein flexibles mehrschichtiges Material, insbesondere für eine aufblasbare Ballonhülle, ein Luftschiff, einen Airbag, ein Segel, eine flexible Solarzelle oder eine flexible Antenne, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer aufblasbare Hülle.
Es ist bekannt, die Hülle für mit Gas gefüllte Ballone, die beispielsweise zum Stationieren von diversen Telekommunikations- und/oder Überwachungsplattformen in der Stratosphäre verwendet werden (high altitude balloons), aus einem aus mehreren Schichten bestehenden Material herzustellen, bei dem z.B. auf ein Polyestergewebe eine Schicht bzw. eine Folie aus Mylar (Polyethylenterephthalat, PET) und auf diese eine weitere PoIy- ethylenschicht bzw. eine weitere Polyethylenfolie aufgebracht werden. Dabei werden die einzelnen Schichten mittels geeigneter Klebstoffe miteinander verbunden. In der Regel wird die Ballonhülle aus einer Mehrzahl von aus dem mehrschichtigen Material bestehenden Bahnen hergestellt, die ebenfalls miteinander verklebt werden. Dies bringt einige Nachteile mit sich. An den Klebstellen besteht immer die Gefahr, dass sie undicht werden, so dass das den Ballon füllende Gas, z.B. Helium oder Wasserstoff, entweichen kann. Sie beeinträchtigen auch die Flexibilität und die erforderliche hohe Festigkeit bzw. Reissfestigkeit der Ballonhülle, und nicht zuletzt erhöhen sie auch das Hüllengewicht. Gerade bei den auf der Höhe von 20 bis 30 km stationierten Ballonen (high altitude balloons), die extremen Temperaturunterschieden und insbesondere auch z.B. Temperaturen von -800C ausgesetzt sind, stellen die Klebstellen einen Risikofaktor dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrschichtiges Material, insbesondere für eine aufblasbare Ballonhülle aber auch beispielsweise für Luftschiffe, Fallschirme, Airbags, Segel, flexible Solarzellen oder dergleichen zu schaffen, welches leicht ist und einen hohen E- Modul sowie eine hohe Festigkeit bzw. Reissfestigkeit aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer aufblasbaren Hülle aus dem erfin- dungsgemässen mehrschichtigen Material vorgeschlagen werden, bei welchem auf das mit Nachteilen verbundene Verkleben einzelner Schichten und Bahnen weitgehend verzichtet und eine leichte, flexible und auch bei unterschiedlichen Bedingungen hohem Druck standhaltende Hülle, z.B. eine Ballon-, Luftschiff oder Airbag-Hülle, erzeugt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein mehrschichtiges Material mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Bevorzugte Weitergestaltungen des erfindungsgemässen mehrschichtigen Materials und des erfindungsgemässen Verfahrens bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemässe flexible mehrschichtige Material kennzeichnet sich dank der wenigstens einen Schicht aus Ultra Molekulargewichtpoly- ethylen (ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE) oder aus Ultra Molekulargewichtpolypropylen (ultra high molecular weight po- lypropylen, UHMWPP) durch eine hohe Reissfestigkeit aus. Dadurch, dass diese UHMWPE-Schicht beidseitig durch je eine Schicht bzw. Folie aus Polyethylen (oder die UHMWPP-Schicht durch je eine Schicht bzw. Folie aus Polypropylen) umgeben ist, können die aufeinander gebrachten Schichten bzw. Folien allein durch Erhitzen miteinander verbunden werden, ohne dass Klebstoffe eingesetzt werden müssen.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann eine aufblasbare Hülle, z.B. eine Ballonhülle, praktisch wie ein „Hochdruckbehälter" rund um eine aufgeblasene Formhülle gebildet werden, indem die einzelnen Schichten bzw. Folien nacheinander aufgerollt und anschliessend mittels einer Heizrolle erhitzt und dadurch miteinander verbunden werden. Vorzugsweise werden die Schichten bzw. Folien wendeiförmig und sich überlappend auf die aufgeblasene Formhülle gewickelt bzw. aufgerollt. Mit Vorteil werden die Schichten bzw. Folien auf eine um ihre Längsachse drehende Formhülle mittels einer entlang der Formhülle bewegten Rolle aufgerollt, wobei - A - auch die Heizrolle entlang der drehenden Formhülle bewegt wird. Nach der Fertigstellung der Hülle wird die Formhülle entleert und durch eine dafür vorgesehene, verschliessbare Öffnung aus der Hülle ausgezogen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel vom Aufbau bzw. von Schichtzusammensetzung eines erfϊndungsgemässen mehrschichtigen Materials;
Fig. 2 einen vergrösserten Teilquerschnitt des erfindungsgemässen mehrschichtigen Materials;
Fig. 3 eine Anlage für die Herstellung einer aufblasbaren Ballonhülle aus dem erfindungsgemässen mehrschichtigen Material; und
Fig. 4 in Vorderansicht ein Segel aus erfindungsgemässem mehrschichtigen Material.
In Fig. l wird schematisch gezeigt, aus welchen Schichten sich erfindungs- gemäss ein beispielsweise für eine aufblasbare Ballon- oder Luftschiffhülle vorgesehenes flexibles, mehrschichtiges Material zusammensetzen kann.
Angedeutet ist ein Ausführungsbeispiel mit fünf Schichten 10 bis 14. Eine erste Schicht 10, die die Innenseite des Ballons bilden soll, ist durch eine aus Ethylen basierend, beispielsweise Ethylenvinylalkohol-Folie (EVOH), gebildet, die etwa 5 bis 20 μm dick ist. Auf diese erste Schicht bzw. Folie 10 wird eine Schicht 1 1 aus Ultra Molekulargewichtpolyethylen (ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE) aufgebracht, bei der es sich beispielsweise um handelsübliches Material aus Fasern, Fäden oder dergleichen, wie Dyneema oder Spectra, handeln kann. Zwischen dieser Schicht 11 und einer weiteren UHMWPE-Schicht 13 vorzugsweise eben- falls aus Dyneema-Fasern oder Fäden ist eine Zwischenschicht 12 aus Po- lyethylen niedriger Dichte (low density polyethylene, LLPPE) vorgesehen, die etwa 8 μm dick ist. Die zweite UHMWPE- Schicht 13 soll schliesslich mit einer weiteren LDPE-Polyethylen-Folie 14 abgedeckt werden, die auf der Aussenseite mit einer Aluminium-Schutzschicht versehen sein kann.
Auf der Innenseite des Ballons könnte zudem die Innenschicht 10 mit einer zusätzlichen Pulverbeschichtung im Nanobereich durch Plasmaauftrag oder dergleichen versehen sein.
Durch Vorhandensein der beiden UHMWPE-Schichten 11, 13 wird eine extrem hohe Festigkeit bzw. Reissfestigkeit des Materials erreicht, insbesondere wenn die Fasern oder Fäden der einen UHMWPE-Schicht 1 1 quer zu den Fasern oder Fäden der anderen UHMWPE-Schicht 13 verlaufen, wie in Fig. 1 angedeutet. Theoretisch könnte allerdings auch nur eine UHMWPE-Schicht als Verstärkung vorhanden sein. Es ist nicht erforderlich, dass diese Fasern bzw. Fäden oberflächenbehandelt sind, im Prinzip könnten sie aber, wie zum Beispiel durch ein Plasmaverfahren. Diese Schichten 13 bestehen aus mehreren in regelmässigen Abständen nebeneinander gelegten Fasersträngen bzw. Fäden, die jeweils aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern zusammengesetzt sind. Solche Fäden weisen ein spezifisches Gewicht von 50 bis 2300 g/10000m auf. Für die vorliegende Anwendung wird vorzugsweise ein solches mit 1 10 g/ 10000m verwendet. Es werden mit solchen Dyneema-Fasern durchschnittliche Festigkeitswerte bis zu 2'00O N/mm2 (Zuglasten) erreicht.
Dadurch, dass diese mindestens eine UHMWPE- Schicht beidseitig durch je eine Schicht bzw. Folie aus Polyethylen umgeben ist, können die aufeinander gebrachten Schichten bzw. Folien allein durch Erhitzen mitein- ander verbunden werden, ohne dass Klebstoffe oder Harzgemische (Resin) eingesetzt werden müssen. Dabei werden die Schichten auf eine Temperatur knapp unterhalb vom Schmelzpunkt, vorzugsweise auf 60-900C in zusammengedrücktem Zustand erhitzt. Als Polyethylen-Folien eignen sich in besonderer Weise Stretchfolien, durch welche beim Zusammenfügen mit der aus Fasern bzw. Fäden bestehenden Schicht 13 bereits eine Selbsthaftung bewirkt wird.
Anstelle von UHMWPE könnte auch Ultra Molekulargewichtpolypropylen (ultra high molecular weight polypropylen, UHMWPP) entsprechende Schicht oder Schichten 11, 13 bilden, wobei dann statt der übrigen PoIy- ethylen-Schichten bzw. Folien entsprechend Schichten bzw. Folien aus Polypropylen (Propylen) verwendet werden müssten. Polypropylen eignet sich insbesondere für Anwendungen bei Raumtemperaturen, da Polypropylen nur bis ca. -200C eingesetzt werden kann.
Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen Querschnitt insbesondere durch die Schicht 13 mit den Fasern bzw. Fäden 13'. Diese Fäden 13 ', welche jeweils einen Durchmesser im Mikrometerbereich aufweisen, sind derart angeordnet, dass sie sich annähernd in einer Reihe, nicht übereinan- derliegend, parallel zueinander befinden, damit jeder einzelne Faden 13 ' auf beiden Seiten mit der jeweiligen Folie 12, 14 verbunden wird. Damit ergibt sich eine optimale ganzflächige Verbindung zwischen den Folien und den Fasern bzw. Fäden. Zu diesem Zweck werden die in der Regel gebündelt angelieferten Fäden voneinander gelöst und zu einer annähernd einreihigen Schicht 13 ausgerichtet, ehe sie dann mit den Folien zusammengefügt und verklebt werden. Anhand von Fig. 3 wird nun erklärt, wie beispielsweise aus dem vorstehend beschriebenen mehrschichtigen Material eine Hülle, z.B. eine Ballonhülle, hergestellt wird.
Fig. 3 zeigt eine Anlage 20 mit einer der Aussenform der herzustellenden Ballonhülle entsprechenden, vorzugsweise in eine aerodynamische Form aufgeblasenen Formhülle 21, die aus einem mit Polyethylen nicht verschmelzbaren Material, vorzugsweise Textil, besteht. Die Formhülle 21 ist in der Anlage 20 um ihre Längsachse a drehbar gelagert. Auf die aufgeblasene Formhülle 21 wird erfindungsgemäss zuerst die erste, vorzugsweise durch die gasdichte Ethylenvinylalkohol-Folie (EVOH) gebildete Schicht 10 wendeiförmig und sich überlappend gerollt, wozu eine entlang der Formhülle 21 bewegte Rolle 22 vorhanden ist. Danach wird mittels einer ebenfalls entlang der Formhülle 21 bewegten Heizrolle 24, der im Innern der Formhülle 21 eine magnetisch mitbewegte Gegenrolle 25 zugeordnet ist, die erste Schicht 10 erhitzt und die sich überlappenden Folienteile aneinandergepresst und hierbei miteinander gasdicht verbunden. Vorteilhaft werden diese zusammengefügten Folien nachher sofort gekühlt, damit die Molekuarstruktur bei den Fasern nicht verändert wird.
Anschliessend werden die weiteren Schichten bzw. Folien nacheinander einzeln auf die Formhülle gerollt. Dabei werden die beiden UHMWPE bzw. Dyneema-Schichten 11, 13 derart gewickelt, dass die quer zueinander verlaufenden Fasern oder Fäden der beiden Schichten zur Längs- bzw. Drehachse a der Formhülle 21 gerichtet sind. Zu diesem Zweck kann allenfalls die Drehachse a der Formhülle 21 schräg zur Verschieberichtung der beweglichen Rolle 22 gestellt werden. Nachdem die letzte Polyethylen-Folie 14 auf die Hülle gerollt wurde, werden mittels der Heizrolle 24 alle Schichten bzw. Folien 10 bis 14 durch das Erhitzen miteinander verbunden, so dass um die aufgeblasene Formhülle 21 eine Art vom „einstückigen Hochdruckbehälter" gebildet wird. Nach der Fertigstellung dieser Ballonhülle wird die Luft aus der Formhülle 21 ausgelassen und aus der Ballonhülle durch eine dafür vorgesehene, ver- schliessbare Öffnung 26 ausgezogen.
Vor dem Entleeren und Herausziehen der Formhülle 21 kann zusätzlich auf die Ballonhülle Teflonschicht (FEP) als UV-Schutz aufgeklebt werden, vorzugsweise mittels eines Akrylklebstoffes 966.
Die erfindungsgemäss hergestellte Ballonhülle ist dünn und leicht, und dennoch kann sie extrem hohen Druckbelastungen standhalten, auch bei sich ändernden Bedingungen. Von Vorteil ist, dass die einzelnen Folien an unterschiedlichen Stellen mit unterschiedlicher Überlappung gewickelt werden können, so dass die Hülle an unterschiedlichen Stellen verschieden stark ausgebildet sein kann. Dank den vorstehend erwähnten Eigenschaften der Hülle kann ein Ballon auf grossere Höhe gebracht werden, als es mit herkömmlichen Ballonhüllen möglich ist.
Ähnlich wie die Ballonhüllen könnten auch Luftschiff- oder Airbag-Hüllen hergestellt werden. Bei einer Airbag-Hülle wird mit Vorteil die erste Schicht, auf welche die weiteren Schichten bzw. Folien aufgebracht sind, durch eine auf der der Innenseite der Airbag-Hülle entsprechenden Seite mit Aluminium beschichteten Polyethylen-Folie gebildet. Dank dem erfin- dungsgemässen mehrschichtigen Material kann ein höherer Druck verwendet werden, wobei jedoch der Airbag dank dem hohen E-Modul des Materials beim Aufprall ausreichend flexibel ist. Anstelle von Hüllen könnten auch Produkte wie Segel, flexible Solarzellen, flexible Antennen und ähnliches aus dem erfindungsgemässen Material hergestellt werden. Je nach Form des herzustellenden Produktes wird dann die erste Schicht bzw. Folie auf eine gerade oder eine entsprechende Negativform aufweisende Formfläche aufgetragen, beispielsweise angesaugt, bevor die weiteren Schichten, von denen wiederum mindestens eine aus UHMWPE oder UHMWPP besteht, aufgetragen und durch Erhitzen miteinander verbunden werden.
Bei der Verwendung für ein Segel besteht mit Vorteil eine der die UHMWPE-Schicht umgebenden Schichten zur Stabilitätserhöhung aus einem mit Polyethylen (PE) beschichteten Nylon 66. Das Segel ist dennoch wesentlich leichter als herkömmliche Segel aus Nylon und dadurch besser zu handhaben. Als Alternative kann auch bei einem Segel eine Abdeckfolie mit einer äusseren Aluminium- Schutzschicht Verwendung finden.
Zudem kann mit dem erfindungsgemässen Material ein weiteres Problem gelöst werden, wie in Fig. 4 mit dem Segel 30 angedeutet ist. Bisher waren es immer die mit Öffnungen für Befestigungsmittel versehenen Anbindestellen, wo es zu Rissen kam. Erfindungsgemäss können nun Fasern oder Fäden 31 der UHMWPE- oder UHMWPP-Schicht oder Schichten aus den aufeinander gebrachten und miteinander verbundenen Materialschichten, die die Segelfläche 30' bilden, hinausragen und als Mittel zur Befestigung des Segels 30 verwendet werden.
Die Fasern oder Fäden 31 können dann z.B. auch zu Schlaufen 32 gebildet werden, bei denen diese Fasern bzw. Fäden 31 aus dem Segel austreten und wieder ins Segel zurückgeführt werden, wie dies mit dem Faden 33, 33', 33 " veranschaulicht ist. Damit entsteht eine optimale Kraftüberleitung vom Segel 30 auf diese sie haltenden Seile. In dem aus dem Segel herausragenden Teil könnten diese Fäden beispielsweise zu einem Seil geflochten sein. Zudem könnten Fasern bzw. Fäden auch in Querrichtung vorgesehen sein.
Als weitere Verwendungen dieses erfindungsgemässen mehrschichtigen Materials sind kugelsichere Kleidungsstücke, flexible Solarzellen bzw. Batterien, kugelsichere Abdeckungen bei Helikoptern, flexible Rohre, Ballone im chirurgischen Bereich bei Hochdruck-Kathetern für arteriosklerotische Gefässöffnungen, und weiteres denkbar.
Im Prinzip könnte die jeweilige Schicht aus Fasern bzw. Fäden aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien, zum Beispiel UHMWPE und UHMWPP zusammengesetzt sein, so dass auf der einen Seite der aus Fasern bzw. Fäden bestehenden Schicht eine Schicht bzw. Folie aus unterschiedlichem Material gegenüber der Schicht auf der andern Seite durch Erhitzen verbindbar wären.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Flexibles mehrschichtiges Material, vorzugsweise für eine aufblasbare Ballonhülle, ein Luftschiff, einen Airbag, ein Segel, eine flexible Solarzelle, eine flexible Antenne oder für andere Anwendungen, gekennzeichnet durch wenigstens eine Schicht (1 1, 13) aus Kunststoff bestehenden Fasern oder Fäden mit einer hohen Reissfestigkeit und wenigstens einer mit dieser verbindbaren, aus einem Kunststoff bestehenden Schicht bzw. Folie (10, 12; 12, 14), wobei letztere aus einem derartigen Material besteht, dass sie im wesentlichen durch Erhitzen mit der aus Kunststoff bestehenden Fasern oder Fäden erzeugten Schicht (1 1, 13) verbindbar ist.
2. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Fäden der Schicht (11, 13) aus Ultra Molekular- gewichtpolyethylen (ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE) hergestellt sind, welche beidseitig durch je eine Schicht bzw. Folie (10, 12; 12, 14) aus Polyethylen bzw. Ethylen basierend umgeben und mit diesen durch Erhitzen verbindbar sind.
3. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Fäden der Schicht (1 1, 13) aus Ultra Molekulargewichtpolypropylen (ultra high molecular weight polypropylen, UHMWPP) hergestellt sind, welche beidseitig durch je eine Schicht bzw. Folie (10, 12; 12, 14) aus Polypropylen bzw. Propylen basierend umgeben und mit diesen durch Erhitzen verbindbar sind.
4. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei UHMWPE- Schichten (11, 13) mit einer gemeinsamen, durch eine Polyethylen-Folie (12) gebildeten Zwischenschicht oder zwei UHMWPP-Schichten mit einer gemeinsamen Zwischenschicht aus Polypropylen vorgesehen sind.
5. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als UHMWPE-Schichten (1 1, 13) Dyneema verwendbar ist, wobei Fasern oder Fäden der einen UHMWPE-Schicht (11) quer zu Fasern oder Fäden der anderen UHMWPE-Schicht (13) verlaufen.
6. Mehrschichtiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (1 1 , 13) jeweils aus mehreren nebeneinander gelegten Fasersträngen bzw. Fäden (13') gebildet ist, welche jeweils aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern bzw. Fäden (13') zusammengesetzt sind.
7. Mehrschichtiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden (13 ') der Schicht (11, 13), welche jeweils einen Durchmesser im Mikrometerbereich aufweisen, derart angeordnet sind, dass sie sich annähernd in einer Reihe, nicht über- einanderliegend, zueinander befinden, damit nach dem Erhitzen annähernd jeder einzelne Faden (13') auf beiden Seiten mit der jeweiligen Folie (12, 14) verbunden ist.
8. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 2, insbesondere für eine Ballon- oder Luftschiffhülle, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die Innenseite der Ballonhülle bildende Schicht (10) als eine Ethylenvinylal- kohol-Folie (EVOH) ausgebildet ist, auf welche die eine UHMWPE- Schicht (11) aus Dyneema-Fasern oder Fäden aufgebracht ist, wobei auf diese UHMWPE- Schicht (1 1) die Zwischenschicht bzw. Folie (12) aus Po- lyethylen niedriger Dichte (low density polyethylene, LDPE) und auf diese die andere UHMWPE-Schicht (13) aus Dyneema-Fasern oder Fäden aufgebracht ist, und die letztere von einer auf der Aussenseite mit Aluminium beschichteten Polyethylen-Folie (14) abgedeckt ist.
9. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die auf der Aussenseite mit Aluminium beschichteten Polyethylen-Folie (14) nach dem Verbinden aller Schichten bzw. Folien (10- 14) durch das Erhitzen eine zusätzliche Teflonschicht (FEP) als UV- Schutz aufgeklebt wird, vorzugsweise mittels Akrylklebstoffes 966.
10. Mehrschichtiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere für eine Airbag-Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht, auf welche die weiteren Schichten bzw. Folien aufgebracht sind, durch eine auf der der Innenseite der Airbag-Hülle entsprechenden Seite mit Aluminium beschichteten Polyethylen-Folie gebildet ist, welche mit einer Pulverbeschichtung im Nanobereich versehbar ist.
1 1. Mehrschichtiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, vorgesehen für ein Segel, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern oder Fäden (31) der UHMWPE- und/oder UHMWPP-Schicht oder Schichten aus den aufeinander gebrachten und miteinander verbundenen Materialschichten, die die Segelfläche (30) bilden, hinausragen und als Mittel zur Befestigung des Segels verwendbar sind.
12. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der die UHMWPE-Schicht umgebenden Schichten aus einem mit Polyethylen (PE) beschichteten Nylon 66 besteht.
13. Mehrschichtiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander gebrachten Schichten bzw. Folien (10-14) durch Erhitzen auf eine Temperatur von ca. 60-90°C unter Anpressdruck miteinander verbindbar sind.
14. Mehrschichtiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Fasern bzw. Fäden aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien, zum Beispiel UHMWPE und UHMWPP zusammengesetzt ist, so dass auf der einen Seite der aus Fasern bzw. Fäden bestehenden Schicht eine Schicht bzw. Folie aus unterschiedlichem Material gegenüber der Schicht auf der andern Seite durch Erhitzen verbindbar sind.
15. Mehrschichtiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyethylen-Folie eine Stretchfolie verwendbar ist, durch welche beim Zusammenfügen mit der aus Fasern bzw. Fäden bestehenden Schicht 13 bereits eine Haftung bewirkt wird.
16. Verfahren zur Herstellung einer aufblasbaren Hülle, insbesondere einer Ballon-, Luftschiff- oder Airbag-Hülle aus einem flexiblen, mehrschichtigen Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht bzw. Folie aus Polyethylen oder Polypropylen auf eine in die gewünschte Ballon-, Luftschiff- oder Airbag-Form aufgeblasene Formhülle (21) aus einem mit Polyethylen bzw. Polypropylen nicht verschmelzbaren Material, vorzugsweise Textil, gerollt wird, wonach die weiteren Schichten bzw. Folien nacheinander einzeln auf die Hülle (21) gewunden werden, und anschliessend mittels einer Heizrolle (24) die Schichten bzw. Folien erhitzt und dadurch zu der die Formhülle (21) um- schliessenden Ballon-, Luftschiff- oder Airbag-Hülle miteinander verbunden werden, wonach die Formhülle (21) entleert und aus der fertiggestellten Hülle herausgezogen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten bzw. Folien wendeiförmig und sich überlappend auf die aufgeblasene Formhülle (21) gewickelt bzw. aufgerollt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten bzw. Folien auf die um ihre Achse (a) drehende Formhülle (21) mittels einer entlang der Formhülle (21) bewegten Rolle (22) aufgerollt werden, wobei auch die Heizrolle (24) beim Erhitzen der Schichten bzw. Folien entlang der drehenden Formhülle (21) bewegt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bereits nach dem Aufwickeln der ersten Folie die sich überlappenden Folienteile durch Erhitzen miteinander gasdicht verbunden werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Materialien mit zwei UHMWPE bzw. Dyneema-Schichten die quer zueinander verlaufenden Fasern oder Fäden beider Schichten unter einem Winkel zur Drehachse (a) der Formhülle (21) gewickelt bzw. aufgerollt werden, wobei die Drehachse (a) der Formhülle schräg zur Verschieberichtung der beweglichen Rolle (22) gestellt werden kann.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten bzw. Folien unmittelbar nach dem Erhitzen gekühlt werden.
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