DE1635561B2 - Waermeisolierendes verbundmaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisolierendes Verbundmaterial mit einer mindestens einseitig metallisierten Kunststoffolie und einer Faserschicht, deren eine Seite mit der metallisierten Seite der Kunststoffolie verbunden ist. Ein solches flächiges Verbundmaterial in Form einer Schutzhülle gegen Hitzeeinwirkung ist aus der DT-GM 17 72 436 bekannt. Derartige Schutzhüllen sollen durch gute Wärmereflexion der Metallschicht wirken. Die Faserschicht kann aus einem Vlies oder Gewebe bestehen. Die Dichtigkeit gegen einzelne bestimmte flüssige oder gasförmige Chemikalien kann durch eine oder mehrere zusätzliche Folienschichten verbessert werden.

Das oben erwähnte bekannte Verbundmaterial ist zum Schutz gegen Hitzeeinwirkung, also in erster Linie relativ kurzwellige Wärmestrahlung bestimmt. Es eignet sich jedoch in der angegebenen Form nicht besonders gut zur Wärmeisolation, worunter hier insbesondere der Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste und ähnliche Aufgaben verstanden werden soll, da hier ganz andere Verhältnisse vorliegen. Das Strahlungsmaximum entsprechend der normalen Temperatur des menschlichen Körpers liegt nämlich im langwelligen Infrarot und beim Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste spielt die Wärmeleitung eine viel ausschlaggebendere Rolle als beim Schutz gegen Hitzeeinwirkung.

Der vorliegenden Erfindung liegt also, ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein wärmeisolierendes Verbundmaterial anzugeben, das sich insbesondere für den Schutz des menschlichen Körpers gegen Wärmeverluste eignet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Faserschicht aus einer Lage eines offenen, lockeren Netzwerkes gerader, im wesentlichen nicht dehnbarer Fäden besteht, deren gegenseitige Abstände wesentlich größer sind als ihr Durchmesser, daß die andere Seite des Netzwerkes mit einer zweiten metallisierten Kunststoffolie verbunden ist und daß mindestens eine der Kunststoffolien eine über 80% betragende Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä aufweist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die metallisierten Seiten der Kunststoffolien durch ein zwischen ihnen aufgeschäumtes Polyurethan mit den Fäden verklebt.

Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung, für die Schutz nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 begehrt wird, bestehen die Kunststoffolien aus Polyäthylen oder Polypropylen bzw. weisen die Kunststoffolien eine vom Fadenverlauf des Netzwerkes unabhängige Noppung auf.

Das wärmeisolierende Verbundmaterial gemäß der Erfindung ist dünn und leicht, trotzdem weist es ein ausgezeichnetes Wärmeisolationsvermögen auf. Es hat nämlich sowohl eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, da das lockere Netzwerk nur verhältnismäßig wenig Wärmebrücken zwischen den sonst durch eine isolierende Luftschicht getrennten Kunststoffolien bildet und die vom Körper emittierte langwellige Infrarotstrahlung wird infolge der Durchlässigkeit der Kunststoffolien von diesen relativ wenig absorbiert, sondern zum größten Teil wieder zum Körper reflektiert.

Das offene, lockere Netzwerk gewährleistet trotz seiner geringen Wärmeleitfähigkeit einen ausgezeichneten Schutz der Kunststoffolien gegen übermäßige Dehnung, durch die die infrarotreflektierenden Metallschichten beschädigt werden könnten, da es aus im wesentlichen geraden, nicht dehnbaren Fäden besteht.

Folien mit einer 80%igen Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä sind bekannt bzw. können vom Fachmann durch einfache Messungen aus den bekannten Folien ermittelt werden.

Das wärmeisolierende Verbundmaterial gemäß der Erfindung eignet sich wegen seines geringen Gewichts, seiner kleinen Dicke, den niedrigen Kosten einerseits und seiner Dauerhaftigkeit, Festigkeit und zweckmäßiger Textur andererseits insbesondere für leichte Bekleidungsstücke, Schutzkleidung für Sportler, Schutzdecken und ähnliche Anwendungen.

Die das Netzwerk bildenden Fäden sind praktisch nicht dehnbar, im wesentlichen gerade und in verschiedenen Richtungen verlaufend so angeordnet, daß sie etwaige auf das Verbundmaterial ausgeübte Zugkärfte sofort aufnehmen und dadurch eine Dehnung des Materials sowie eine hierdurch mögliche Beschädigung der Metallisierung der Kunststoffolien verhindern. Besonders geeignete Fäden sind Glasfäden.

Jeder Faden kann aus einem Bündel monofiler Einzelfäden bestehen und dient dazu, erstens die Kunststoffolien im Abstand voneinander zu halten und einen isolierenden Luftzwischenraum zu bilden, zweitens möglichst lange Wärmeleitungswege von der einen Kunststoffolie durch den Faden zur anderen Kunststofffolie zu gewährleisten und drittens die verhältnismäßig schlaffen Kunststoffolien zu versteifen. Den Außenflächen der Kunststoffolien kann durch ein örtliches Anschmiegen der Kunststoffolien an die mit ihnen

verklebten Fadenbündel eine gewisse Textur gegeben werden, die dem Verbundmaterial einen angenehmen Griff verleiht.

Bei der Herstellung eines Materials gemäß der Erfindung kann ein dünnes Netzwerk mit Klebstoff überzogen werden und die metallisierten Oberflächen der Kunststoff-Filme werden dann unter mäßigem Druck, z. B. mittels Formwalzen, gegen die entgegengesetzten Seiten des Netzwerks gedrückt. Es wird nur soviel Kleber verwendet, daß das Netzwerk beim Anpressen gerade an den Metallflächen haftet. Da also kein überschüssiger Kleber vorhanden ist, der von den Fäden abgequetscht werden kann, bleiben die übrigen Teile der Metallschichten in den Bereichen zwischen den Fadenbündeln getrennt, haften also dort nicht aneinander, sondern bilden isolierende Luftzellen. Die Luftzellen können zur Verbesserung der Isolation vergrößert werden, indem man eine oder beide Folien nach dem Aufbringen der Metallschicht mit Eindrückungen versieht, z. B. mittels einer Prägewalze.

Für die Zwecke der Erfindung sind Polyäthylenfolien, die im Vakuum mit Aluminium bedampft worden sind, gut geeignet. Eine solche Kunststoff-Folie hat, wie gewünscht, im fernen Infrarot, also im W.ellenlängenbereich zwischen etwa 8 und 9 μίτι, was dem Strahlungsmaximum bei der Temperatur des menschlichen Körpers entspricht, eine Durchlässigkeit, die 80% übersteigt, wobei gleichzeitig das Reflexionsvermögen der Kunststoff/Metall-Grenzfläche sowie der anderen Metalloberfläche für die von der Kunststoff-Folie durchgelassene Infrarotstrahlung sehr hoch ist.

Beispiel 1

Als Außenschichten wurden zwei 25 μηι dicke Polyäthylenfolien mit einer hochreflektierenden, im Vakuum aufgedampften Aluminiumschicht verwendet. Die Aluminiumschichten sind für sichtbares Licht praktisch undurchlässig. Ein Netzwerk aus Glasfäden fand Verwendung, deren einzelne Fäden aus einem Bündel von Elementarfäden bestanden und jeweils einen Durchmesser von etwa 65 μηι aufwiesen. Die Fäden bildeten ein etwa rechteckiges Muster. Anschließend wurde ein geeignetes Polyurethanvorpolymerisat zwischen den Schichten verteilt und in bekannter Weise geschäumt (s. z. B. US-PS 31 72 072). Die Polyurethanschicht war ungefähr 3,2 mm dick. Das Produkt hatte an beiden Seiten eine Absorptionszahl unter 0,2 und eine scheinbare Wärmeleitfähigkeit K von 13,5 kcal/h/m²/ °C/m, die auf eine noch zu beschreibende Weise gemessen wurde.

Beispiel 2

Das Material dieses Beispiels entspricht dem des Beispiels 1 mit der Ausnahme, daß kein Polyurethanschaum verwendet wurde und die Glasfäden stattdessen mittels einer dünnen Kleberschicht, die vor der Bildung der Schichtstruktur auf das Netzwerk aus Glasfäden aufgebracht worden war, mit den beiden Metallschichten verklebt wurde. Die beiden Folien wurden dabei nur mit dem Netzwerk, nicht jedoch miteinander verklebt. Das Netzwerk bildete daher Lufteinschlüsse zwischen den beiden Metallschichten. Dieses Material hatte eine scheinbare Wärmeleitfähigkeit K von 9,6 kcal/h/m²/ °C/m.

Bei dem obigen Beispiel enthielt das Netzwerk etwa 2,4 Fäden pro cm und der Durchmesser der Fäden betrug etwa 38 μίτι. Dieses Material läßt sich gut nähen und zu Bekleidungsstücken verarbeiten, seine Reißfestigkeit ist außergewöhnlich hoch.

Das Material dieses Beispiels wird vorzugsweise während der Vereinigung der metallisierten Folien mit dem Netzwerk geprägt oder genoppt. Hierdurch wird der Griff, d.h. die Oberflächenbeschaffenheit des Verbundmaterials verbessert, ohne daß dabei die ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit oder Festigkeit leiden.

Beispiel 3

Das Material dieses Beispiels entspricht dem des Beispiels 2 mit der Ausnahme, daß als Kunststoff-Folie eine etwa 6,3 μΐη dicke Polyesterfolie (Polyäthylenterephthalat) verwendet wurde. Die Infrarotdurchlässigkeit von Polyester ist nicht so gut wie die von Polyäthylen. Die metallisierte Oberfläche der Folie hat jedoch ungefähr dasselbe Reflexionsvermögen und dieselbe Absorptionszahl wie die Metallisierung der Polyäthylenfolie. Die scheinbare Wärmeleitfähigkeit K dieses Produktes betrug etwa 19 kcal/h/m²/⁰ C/m.

Die bei den obigen Beispielen angegebene scheinbare Wärmeleitfähigkeit K wurde mittels eines einfachen Kalorimetertestes ermittelt, bei dem ein Teil des menschlichen Körpers, z. B. eine Hand, nachgebildet und die Wärmeisolierfähigkeit eines Produktes gegenüber einer kalten Umgebung gemessen wird. Als Wärmespeicher diente ein Aluminiumblock mit den Abmessungen 153 χ 83,3 χ 19 mm. In diesem Block befindet sich ein elektrisches Heizelement. Die Oberfläche des Blockes ist mit schwarzem Filz überzogen, um die Absorptionszahl des menschlichen Körpers nachzubilden, die e|wa 0,95 beträgt. Die Temperatur der Filzoberfläche wird mittels eines Thermoelementes gemessen. Aus dem zu prüfenden Material wird eine um den Block passende und diesen einschließende Hülle hergestellt. Der mit der Hülle umgebene Aluminiumblock wird dann in einem Kühlschrank mittels dünner Glasfäden aufgehängt, um eine Wärmeableitung zu den Wänden des Kühlschrankes zu verhindern. Das Innere des Kühlschrankes wird auf einer konstanten, bekannten Temperatur gehalten. .-.,...■,.

Bei der Messung wird die Temperatur im Kühlschrank und die Temperatur der Oberfläche der Wärmequelle gemessen. Die Heizung wird so eingestellt, daß die Oberflächentemperatur entsprechend der Temperatur des menschlichen Körpers etwa 37° C beträgt. Man mißt die elektrische Leistung, die erforderlich ist, um den Wärmespeicher auf dieser Temperatur zu halten. Aus dem bekannten Wärmegradienten zwischen dem Aluminiumblock und der Atmosphäre im Kühlschrank, der Oberfläche des Aluminiumblockes und der zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Aluminiumblockes erforderlichen elektrischen Leistung lassen sich sowohl die scheinbare Wärmeleitzahl K für das Isoliermaterial messen als auch verschiedene Materialien unter gleichen Bedingungen vergleichen. Die Wärmeleitzahl ist eine Funktion der Dicke des Materials, aus dem die Hülle besteht, und wird in kcal pro Stunde pro m² pro ° C pro m gemessen.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Statt Polyäthylenfolien können bei den Beispielen 1 und 2 auch beispielsweise Polypropylenfolien verwendet werden. Eine oder beide Kunststoff-Folien können beidseits metallisiert sein. Die Oberfläche kann gefärbt werden, solange die verwendeten Farbstoffe eine gute Durchlässigkeit im fernen Infrarot haben.

Außer den beschriebenen, nicht gewebten Netzwerken können auch andere Arten von Netzwerken verwendet werden, die aus geraden Fäden bestehen, die in drei oder mehr Richtungen ausgerichtet sind und beispielsweise Winkel von 120° miteinander bilden. Statt Glasfasern können auch andere Werkstoffe verwendet werden, z. B. Fasern aus Polyamid.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wärmeisolierendes Verbundmaterial mit einer mindestens einseitig metallisierten Kunststoffolie und einer Faserschicht, deren eine Seite mit der metallisierten Seite der Kunststoffolie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht aus ejner Lage eines offenen, lockeren Netzwerkes gerader, im wesentlichen nicht dehnbarer Fäden besteht, deren gegenseitige Abstände wesentlich größer sind als ihr Durchmesser, daß die andere Seite des Netzwerks mit einer zweiten metallisierten Kunststoffolie verbunden ist, und daß mindestens eine der Kunststoffolien eine über 80% betragende Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 80 000 und 90 000 Ä aufweist.

2. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Seiten der Kunststoffolien durch ein zwischen ihnen aufgeschäumtes Polyurethan mit den Fäden verklebt sind.

3. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien aus Polyäthylen oder Polypropylen bestehen.

4. Wärmeisolierendes Verbundmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien eine vom Fadenverlauf des Netzwerks unabhängige Noppung aufweisen.