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Die
Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Textilartikel,
die als Wärmeisolationsmaterialien,
insbesondere für
die Herstellung von Textilkomplexen zum Schutz gegen die mit Feuer verbundenen
Risiken verwendet werden können.
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Die
Erfindung betrifft vorteilhafterweise eine Anwendung des Textilkomplexes
für die
Fertigung von Einsatz- und Schutzbekleidung für Feuerwehrleute. Selbstverständlich soll
diese Anwendung nicht als einschränkend betrachtet werden.
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Somit
ist der erfindungsgemäße Textilkomplex
in all den Fällen
anwendbar, in denen man sich Extremsituationen gegenüber sieht,
beispielsweise bei einem Brand, und allgemeiner um einen Schutz gegen
eine starke Wärmequelle
zu gewährleisten.
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Wie 1 schematisch
zeigt, werden im allgemeinen für
die Ausbildung von Einsatz- und Schutzjacken
bekannterweise Mehrlagenstrukturen verwendet, die aus vier Elementen
bestehen, nämlich:
- – einem
Außengewebe
(A);
- – einer
wasserundurchlässigen
und atmungsaktiven Membran, die im allgemeinen einem Substrat (B)
zugeordnet ist;
- – einer
Wärmebarriere,
die im allgemeinen von einem Nadelfilz (C) gebildet ist;
- – einem
Deckfutter (D).
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Dieser
Stand der Technik kann anhand der Lehre des Patents FR 1.213.415
veranschaulicht werden.
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Es
ist darüber
hinaus bekannt, daß diese
Art von Schutzbekleidung eine gewisse Anzahl von Kriterien, insbesondere
zum Schutz gegen Strahlungshitze und konvektive Hitze, eine gute
Wärmestabilität der Materialien,
aus der sie besteht, besitzen muß, Kriterien der reinen Flammfestigkeit
erfüllen
muß sowie
eine gute Undurchlässigkeit
aufweisen muß.
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Es
hat sich auch als überaus
wichtig herausgestellt, sich vor dem Risiko des Wärmestresses schützen zu
können;
dabei handelt es sich um ein physiologisches Phänomen, das aus einer Erhöhung der
Innentemperatur des Körpers
resultiert, dem es nicht mehr gelingt, seine Wärme selbst zu regulieren. Die
Folgen hiervon können ein
Verlust von physischer Leistungsfähigkeit, ein Verlust des Verstandes, eine
Ohnmacht oder auch ein Herzstillstand sein.
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Es
hat sich auch als wichtig herausgestellt, die im Einsatz befindliche
Person unter den extremen und außergewöhnlichen Bedingungen dadurch
zu schützen,
daß ihr
eine Fluchtzeit offen gehalten wird. Denn es gibt Situationen, in
denen es zu einem sehr schnellen Übergang der Entwicklung eines
Feuers kommen kann, was einen sehr schnellen, innerhalb einiger
Sekunden erfolgenden Anstieg der Temperatur von beispielsweise 500
bis 600°C
bewirkt, was einem Strom auftreffender Hitze in der Größenordnung von
40 kW pro m2 entspricht. Es ist folglich
wichtig, diesem heftigen Temperaturanstieg während eines Zeitraums standzuhalten,
der ausreicht, um sich aus dem Brennpunkt zu entfernen.
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Um
zu versuchen, diese Ziele zu erreichen, wurden Textilkomplexe vorgeschlagen,
die ein Wärmeisolationsmaterial
einschließen,
das von einem Strickgewebe mit dreidimensionalen Maschen, wie dies
aus der Lehre des Patents
EP
0.443.991 hervorgeht, oder von einem Filz gebildet ist,
der geeignet ist, Luft einzuschließen, wie dies aus der Lehre
des Patents
EP 0.364.370 hervorgeht.
Die Wärmeisolierung,
die sich aus der eingeschlossenen Luft ergibt, verleiht einen hohen
Schutz gegen Wärmeströme. Jedoch
sind bei dieser Ausführungsform
des Wärmeisolationsmaterials
(dreidimensionale Maschen oder Filze) das Anfühlen und das Aussehen nicht
zufriedenstellend. Das Kleidungsstück wird oftmals als unhygienisch,
unangenehm zu tragen und als unästhetisch
betrachtet, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, dem ausgebildeten
Textilkomplex ein Deckfutter zuzuordnen. Diese Lösung neigt jedoch dazu, den Komplex
zu beschweren und gleichzeitig dessen Herstellung zu komplizieren.
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Es
ist auch beobachtet worden, daß die
dreidimensionalen Maschen oder die Filze dazu neigen, den Abtransport
des aus der Transpiration resultierenden Wasserdampfes zu begrenzen,
wodurch die Wärmestreßphänomene zunehmen.
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Um
zu versuchen, diese Nachteile zu beheben, wurde vorgeschlagen, die
von dreidimensionalen Maschen oder Filzen gebildeten Isolationsmaterialien
durch andere Strukturen zu ersetzen, die in der Lage sind, Luft
einzuschließen.
Eine Lösung
geht aus der Lehre der Patentanmeldung WO99/35926 hervor, die sich
auf eine Membran bezieht, auf der in gleichmäßigen Abständen Abstandshalter angeordnet
sind, um zwischen der genannten Membran und einer Textilfläche, die
beispielsweise als Futter dient, eine Luftschicht zu schaffen. Die
Abstandshalter, die von auf der Membran fixierten Polymerpins gebildet sind,
neigen dazu, die Abriebempfindlichkeit der anderen Schichten des
so ausgebildeten Komplexes zu erhöhen.
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In
der internationalen Anmeldung WO00/66823 wurde vorgeschlagen, Wülste aus
textilem Material auf der Oberfläche
eines Futters anzuordnen. Diese Wülste schaffen Luftkanäle zwischen einer
feuerfesten Textillage und dem Futter. Das Vorliegen dieser Wülste erhöht die Abriebempfindlichkeit der
Schicht des Komplexes, welche die Wülste trägt.
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Es
wurden auch Lösungen
vorgeschlagen, die parallele, beabstandete Schichten einsetzen,
die mit Mitteln verbunden sind, welche geeignet sind, den Raum zwischen
den genannten Schichten zu verändern,
um in entsprechender Weise eine Wärmebarriere zu schaffen. Zu
nennen ist beispielsweise die Lehre des Patents
GB 2.264.705 , die einen Textilartikel
offenbart, der von zwei parallelen, aus einer Vielzahl von Fäden bestehenden
Schichten gebildet ist. Eine jede der Schichten wirkt mit Mitteln
zusammen, die manuell betätigt
werden müssen,
um diese zueinander zu bewegen, was bewirkt, daß die Verbindungsfäden geneigt
oder aufgerichtet werden, was in der geneigten Position der Fäden einem
Annähern der
genannten Schichten und in der aufgerichteten Position der Fäden einem
Entfernen der Schichten entspricht. Diese Lösung erfordert ein manuelles
Eingreifen und betrifft ausschließlich eine Anwendung für einen
Schutz gegen Kälte.
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In
der internationalen Anmeldung WO99/05926 umfaßt der Komplex zwei voneinander vollkommen
unabhängige
Schichten, die in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, um einen
Raum für das
Positionieren eines Materials mit Formgedächtnis abzugrenzen. Unter der
Wirkung der Hitze bewirkt das Material mit Formgedächtnis eine
Veränderung des
Raums zwischen den zwei Schichten. Diese Lösung erfordert folglich besondere
Durchführungsmittel
und erzeugt eine Struktur, der es an Flexibilität fehlt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik und um die vorgenannten Nachteile zu
beheben, besteht die Aufgabe, deren Lösung sich die Erfindung zum
Ziel gesetzt hat, darin, eine Wärmebarriere
zu schaffen, die ermöglicht,
eine moderate Isolierung in normaler Situation zu erhalten, die
einer geringen Dicke bei höherem
Verwendungskomfort entspricht, und automatisch eine stärkere und
auf die Stellen begrenzte Isolierung zu erzielen, an denen die Hitze
in einer Notsituation stärker
ist.
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Um
eine solche Aufgabe zu lösen,
wurde ein Textilkomplex zur Wärmeisolierung
entwickelt und bereitgestellt, insbesondere für die Herstellung von Schutzbekleidung,
die eine Gewebe- oder Strickstruktur mit wenigstens zwei Wänden aufweist,
die durch eine Vielzahl von Fäden
beabstandet verbunden sind, welche die natürliche Tendenz haben, sich zu
legen, so daß in
dieser Position der Abstand verringert und kleiner als die Länge der
Verbindungsfäden
ist. Wenigstens die eine der Wände,
insbesondere die Wand, welche dazu bestimmt ist, der Hitze ausgesetzt
zu werden, ist geeignet, sich unter der Wirkung der Hitze zusammenzuziehen,
um gleichzeitig das Aufrichten der Verbindungsfäden zu bewirken, was einer
Zunahme des Abstands zwischen den Wänden entspricht, die vollständig oder
teilweise ausgebildet sind, um hitzebeständig zu sein.
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Vorteilhafterweise
sind die Verbindungsfäden
teilweise mit jeder der Lagen verwoben oder verstrickt.
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In
einer Ausführungsform
ergibt sich jede Wand oder Lage aus einer Verflechtung oder einem Ineinanderweben
von Kett- und Schußfäden, sind
die Verbindungsfäden
als Kette angeordnet, wobei sich das Legen der Fäden in Schußrichtung vollzieht.
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In
Anbetracht dieser Anordnungen ist offensichtlich, daß die Verwendung – für wenigstens
eine der Schichten – eines
wärmeschrumpfenden
Materials als Schuß der
Außenfläche ermöglicht,
eine vorteilhafte Reaktion bei Hitze zu erzielen. Denn wenn die
von der wärmeschrumpfenden
Schicht oder Wand erreichte Temperatur hoch genug ist, kommt es
zu einem Zusammenziehen der Schußfäden, was bewirkt, daß die Verbindungsfäden aufgerichtet
werden und daß gleichzeitig,
mit zunehmender Temperatur, die Dicke des Komplexes und demzufolge
dessen Isolationsfähigkeit
erhöht
werden.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die Auswahl eines Verbindungsfadens aus Para-Aramid den Erhalt einerseits
einer guten Reißfestigkeit
und andererseits einer ausreichenden Druckfestigkeit, wenn die Wärmebarriere
teilkarbonisiert worden ist, aufgrund der Hitzebeständigkeitseigenschaften
des Verbindungsfadens.
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Vorteilhafterweise
sind die Schuß-
und die Kettfäden
jeder Wand unter jenen der Familie der Polyamid-Imide vom Typ derer,
die unter der Marke „KERMEL" bekannt sind, rein
oder in Mischung mit anderen Fasern, ausgewählt.
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Jede
Wand weist die gleiche Fadendichte auf, oder aber die zwei Wände weisen
unterschiedliche Fadendichten auf.
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Der
Komplex, so wie er definiert ist, kann mit einer Außenlage
aus flammensicherem Material und einer wasserundurchlässigen,
atmungsaktiven Membran mit Substrat kombiniert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen
eingehender dargelegt; in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht, die – wie angegeben – einen
Mehrlagenkomplex vom Typ derer zeigt, die wohl bekannt sind und
heutzutage für die
Herstellung von Bekleidung für
Einsatzpersonal unter Risikobedingungen, insbesondere von Bekleidung
für Feuerwehrleute
verwendet werden;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Textilkomplexes;
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3 eine
perspektivische Ansicht mit rein schematischem Charakter, welche
den Textilkomplex zeigt, der einer als normal betrachteten Temperatur ausgesetzt
wird; in dieser Position sind die Verbindungsfäden liegend;
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4 eine 3 entsprechende
Ansicht, welche unter der Wirkung einer starken Hitze das Zusammenziehen
einer der Wände
zeigt, wodurch es zum Aufrichten der Verbindungsfäden und
zur Vergrößerung der
Dicke des Komplexes kommt;
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5 eine
Grafik, welche die Reaktion des Komplexes während des Temperaturanstiegs
im Falle einer Strahlungshitze zeigt;
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6 eine
Grafik, welche die Reaktion des Komplexes während des Temperaturanstiegs
im Falle einer konvektiven Hitze zeigt.
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Das
Prinzip des erfindungsgemäßen Textilkomplexes
ist in den 3 und 4 der Zeichnungen
dargestellt. Der Komplex weist eine Web- oder Strickstruktur mit
zwei Wänden
oder Lagen (P1) und (P2) auf, die durch eine Vielzahl von Fäden (F)
beabstandet verbunden sind. Die Verbindungsfäden (F) sind teilweise mit
einer jeden der Lagen verwoben oder verstrickt.
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Nun
hat sich aber herausgestellt, daß die Verbindungsfäden (F)
eine natürliche
Neigung haben, sich auf die Seite zu legen, so daß die zwischen den
zwei Lagen (P1) und (P2) betrachtete Dicke (e) des Komplexes geringer
ist als die Länge
der Verbindungsfäden.
Die Folge hiervon ist nun, daß ein
Aufrichten dieser Verbindungsfäden
in entsprechender Weise eine Vergrößerung des Raumes (e) bewirkt.
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Zur
Erzielung dieses Ergebnisses ist wenigstens eine der Wände, vor
allem die Wand (P1), welche dazu bestimmt ist, einer starken Hitze
ausgesetzt zu werden, geeignet, sich unter der Wirkung der genannten
Hitze zusammenzuziehen. Hieraus folgt, daß wenn die von der Lage (P1)
erreichte Temperatur hoch genug ist, beispielsweise in der Größenordnung von
200 bis 300°C,
es – wie
dies 4 schematisch zeigt – zu einem Zusammenziehen der
genannten Lage kommen kann, was ein Aufrichten der Verbindungsfäden (F)
bewirkt, das gleichzeitig mit zunehmender Temperatur eine Vergrößerung der
Dicke (e) bewirkt. Hieraus ergibt sich selbstverständlich eine Erhöhung der
Isolationsfähigkeit
eines solchen Komplexes.
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Ausgehend
von diesem Grundkonzept können
unterschiedliche Ausführungsformen
in Betracht gezogen werden.
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Beispielsweise
ergibt sich jede Wand oder Lage (P1) und (P2) aus einer Verflechtung
von Kett- und Schußfäden. Die
Verbindungsfäden
(F) sind als Kette angeordnet, so daß sich das Legen letzterer
in Richtung des Schusses vollzieht. Die Ausführung dieser Komplexart durch
Weben oder Stricken von Fäden
ist seitens eines Fachmannes wohl bekannt.
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Wie
in der Fortsetzung der Beschreibung angegeben wird, sind die Verbindungsfäden (F)
ein Para-Aramid, das für
seine sehr gute Hitzebeständigkeit bekannt
ist, was ermöglicht,
einerseits eine gute Reißfestigkeit
und andererseits eine ausreichende Druckfestigkeit zu erhalten,
wenn die Wärmebarriere teilkarbonisiert
ist.
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Es
sei daran erinnert, daß wenigstens
eine der Wände
aus Fäden,
die hitzebeständige
Fäden umfassen,
gewebt oder gestrickt ist.
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Die
Kett- und die Schußfäden jeder
Wand (P1) und (P2) sind vorteilhafterweise unter jenen der Familie
der Meta-Aramide in reiner Form oder in Mischung, vom Typ derjenigen
ausgewählt,
die unter der Marke „KERMEL" (RHODIA) oder „NOMEX" (DUPONT) oder „CONEX" (TEIJIN) bekannt
sind. In dem Beispiel der 2 ist die
Wand (P1) aus Kettfäden
(C1) und aus Schußfäden (T1)
aus wärmeschrumpfendem
Material hergestellt. Vorteilhafterweise ist nur (T1) wärmeschrumpfend.
Die Wand (P2) ist aus Kettfäden
(C2) und aus Schußfäden (T2) gefertigt.
Die Verbindungsfäden
(F) sind vorteilhafterweise von einem Kettfäden gebildet, der die Schußfäden (T1)
und (T2) einer jeden der Wände
(P1) und (P2) verbindet.
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Jede
Wand (P1) und (P2) kann durch Weben oder Stricken die gleiche Fadendicke
aufweisen. Oder diese Dichte kann auch für jede Wand unterschiedlich
sein.
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Beispielsweise
bildet das dichteste Gewebe oder Gestrick die Wand, die dazu bestimmt
ist, dem Benutzer zugewandt zu werden, und die dabei vorteilhafterweise
als Futter dient.
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Die
verwendeten hitzebeständigen
Fäden können aus
einem künstlichen
oder natürlichen
Synthetikmaterial oder aus einer Mischung gebildet sein. In bevorzugter
Weise werden Fäden
auf der Grundlage von Meta-Aramid, beispielsweise Metaphenylen-Isophthalamid
oder Polyamid-Imid, eventuell in Kombination mit flammensicherer
Viskose verwendet. Es ist auch möglich,
Fäden auf
der Basis einer Mischung aus Modacrylfasern und aus flammensicheren
Baumwollfasern zu verwenden.
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Wie
angegeben bestimmt die Länge
des Abstandsfadens zwischen den Wänden (P1) und (P2) den Raum
(e) zwischen diesen Wänden
und folglich die Dicke der auf diese Weise für die Wärmeisolierung gebildeten Luftschicht.
Die Länge
des Verbindungsfadens (F) liegt vorzugsweise zwischen etwa 1 und
10 mm. Es sei daran erinnert, daß der Abstandsfaden vorteilhafterweise
ein Faden auf der Basis von Para-Aramid,
wie zum Beispiel Paraphenylen-Terephthalamid („KEVLAR" von DUPONT, „TWARON" und "TECHNORA" von TEIJIN) ist.
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Der
Textilkomplex, wie er nach den Merkmalen der Erfindung definiert
ist, kann allein oder in Kombination mit anderen Lagen aus Fäden oder
Fasern verwendet werden, um einen Mehrlagenartikel vom Typ derjenigen
zu bilden, die für
einen Fachmann bekannt sind (1).
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Beispielsweise
wird der Komplex, wie er definiert ist, mit einer Lage kombiniert,
die aus einem flammensicheren Textil und aus einer von einer Membran
gebildeten Lage besteht. Die Membran befindet sich vorzugsweise
zwischen dem flammensicheren Textil und dem Textilkomplex zur Wärmeisolierung gemäß der Erfindung.
Das flammensichere Textil ist dazu bestimmt, eine Fläche oder
Wand zu bilden, die nicht mit dem Benutzer in Kontakt sein wird.
Beispielsweise ist das flammensichere Textil vorzugsweise von einem
Gewebe auf der Basis von Metaphenylen-Isophthalamid-Fäden oder -Fasern oder Polyamid-Imid-Fäden oder
-Fasern, mit eventuell Fäden
oder Fasern aus Paraphenylen-Terephthalamid, und/oder antistatischen
Fäden oder
Fasern oder anderem Para-Aramid oder Fasern oder Fäden des Typs
PBO oder PBI gebildet.
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Die
Membran kann von einem mikroporösen oder
hydrophilen Film, beispielsweise auf der Basis von Polytetrafluorethylen,
flammensicherem Polyurethan oder Polyester gebildet sein. Diese
Membran kann in dem Komplex frei sein oder beispielsweise durch
Kaschieren einem textilen Träger,
wie einem Gewebe oder einem Vlies auf der Basis von Meta-Aramid-
oder Polyamid-Imid-Fasern zugeordnet sein.
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Diese
Schrumpfwirkung von einer der Schichten kann auch aus dem Vorliegen
einer Membran, die an der betrachteten Schicht befestigt ist, resultieren.
Beispielsweise kann diese Membran aus jedwedem Material ausgeführt sein,
das geeignet ist, unter der Wirkung der Hitze eine Schrumpfung aufzuweisen,
wie zum Beispiel aus mikroporösem
Polyurethan, hydrophilem Polyurethan, hydrophilem Polyester etc.
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Der
erfindungsgemäße Komplex
in Kombination mit einem flammensicheren Textil und einer Membran
findet eine besonders vorteilhafte Anwendung für die Fertigung eines Kleidungsstücks für den Schutz
gegen die mit Feuer verbundenen Risiken, zum Beispiel einer Feuerwehrjacke.
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Es
wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel für einen
erfindungsgemäßen Textilkomplex
beschrieben, wobei die Wände
(P1) und (P2) aus der in 2 dargestellten Bindung hervorgehen:
- – die
Kettfäden
(C1) der Wand (P1) sind von Garnen aus Polyamid-Imid-Fasern mit
einer Feinheit Nm 80/2 mit einer Dichte von 13 Fäden/cm gebildet;
- – die
Schußfäden (T1)
der Wand (P1) sind von Garnen aus Polyamid-Imid-Fasern mit einer Feinheit Nm 60/1 mit
einer Dichte von 27 Schußfäden/cm gebildet;
- – die
Kettfäden
(C2) und Schußfäden (T2)
der Wand (P2) sind von Garnen aus Polyamid-Imid-Fasern mit einer
Feinheit Nm 80/2 mit einer Dichte von 20 bzw. 27 Fäden/cm gebildet;
- – die
Abstandskettfäden
(F) sind von Garnen aus Para-Aramid-Fasern mit einer Feinheit Nm
80/2 mit einer Dichte von 6 Fäden/cm
gebildet;
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Die
flächenbezogene
Masse des Artikels beträgt
etwa 240 g/m2, und der Abstand zwischen
den Wänden
(P1) und (P2) beträgt
ca. 2 mm in der Normalposition (liegende Verbindung).
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Messungen
des Schutzes des Komplexes gegen Wärmeströme lieferten die folgenden
Ergebnisse:
- – Nach der Norm EN 366, Test
bei Strahlungshitze: 28 Sekunden in t2 und
7,3 Sekunden in t2 – t1. Es
wird auf das Diagramm der 5 verwiesen.
- – Nach
der Norm EN 367, Test bei konvektiver Hitze (6):
• HTI 24
(theoretische Verbrennungs-Zeit) von 18 Sekunden
• HTI 24 – HTI 12
(theoretische Schmerz-Zeit) von 5 Sekunden
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Aus
diesen Grafiken geht in bemerkenswerter Weise hervor, daß die Typenwerte „Fluchtzeit", d.h. die Differenzen
zwischen den theoretischen Verbrennungs-Zeiten (t2 oder HTI 24)
und den theoretischen Schmerz-Zeiten (t1 oder HTI 12) über dem
allgemeinen Durchschnittswert liegen, der für Komplexe dieses Niveaus beobachtet
wird. Es wird auch eine signifikante Zunahme der Dicke unter der
Wirkung der Strahlungshitze sowie eine Erhöhung der Differenz zwischen
(t1) und (t2) beobachtet, was eine theoretische Erhöhung des
Schutzes nach der Schmerzschwelle bedeutet.
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Die
Vorteile gehen gut aus der Beschreibung hervor, insbesondere wird
hervorgehoben, daß der erhaltene
Komplex eine ausgezeichnete Atmungsaktivität, ein ausgezeichnetes Aussehen
sowie einen ausgezeichneten Wärmeschutz
aufweist.
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Übersetzung
der Zeichnungen
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5:
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- chaleur radiante – Strahlungshitze
- épaisseur – Dicke
(mm)
- temps d'exposition
(s) – Expositionszeit
(s)
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6:
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- chaleur convective – konvektive
Hitze
- épaisseur – Dicke
(mm)
- temps d'exposition
(s) – Expositionszeit
(s)