Fachgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
Stoffteilen für Schutzkleidung in einer Weise, um Abfall zu minimieren und um
das Nähen zu reduzieren oder zu eliminieren. Insbesondere ist ein Verfahren
zum Zuschneiden eines Schnitts und zum Wärmeversiegeln der Kanten des
Schnitts vorgesehen, um Stoffteile für Schutzkleidung auszubilden.
Hintergrund der Erfindung
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Schutzkleidung umfaßt gewebte und ungewebte Textilerzeugnisse zur
Einwegverwendung. Die Kleidung wird im allgemeinen aus Polymer- oder
Schichtmaterialien gebildet, welche im wesentlichen widerstandsfähig gegen
Staub- oder Flüssigkeitspenetration sind und in einigen Fällen widerstandsfähig
gegen Penetration von chemischen Dämpfen sind. Die Textilerzeugnisse sind
im wesentlichen spinngebundene, schmelzgesponnene oder ungewebte
thermoplastische Materialien. Die dampf- oder gasdichten Anzüge müssen das
Permeationskriterium der ASTM D-739-85 erfüllen, und die flüssigkeitsdichten
Anzüge müssen das Penetrationskriterium der ASTM F903-84 erfüllen.
Beispielsweise werden die Anzüge dadurch beurteilt, daß sie einem
Flüssigkeitspermeations-Testmedium ausgesetzt werden, wie beispielsweise
einer Mischung umfassend vier Gewichtsprozent Polychlorbiphenyl, 6
Gewichtsprozent Trichlorbenzen und 90 Gewichtsprozent Lösungsbenzin oder
einem anderen Mehrkomponenten- oder Einzelkomponenten-Testmedium,
welches auf den Nahtbereich einer Kleidungsprobe aufgebracht wird, und es
wird die Durchlaßzeit bis zur Penetration gemessen.
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Auch die ungewebten Fasertextilerzeugnisse müssen die Penetration von
Dampf stoppen und verhindern, daß dieser die Kleidung oder Haut der die
Kleidung tragenden Person erreicht.
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Das US-Patent Nr.4,272,851 von Goldstein offenbart eine Schutzkleidung zur
Verwendung in gefährlichen Umgebungen, wobei der Körper der Kleidung aus
ungewebtem spinngebundenem Olefin mit einem auf einer Seite desselben
aufbeschichteten Polyethylenfilm gebildet ist. Diese Kleidung verwendet
ultraschallverschweißte Nähte. Eine genähte Einfassung wird außerhalb der
verbundenen Naht durch Nähen angebracht, so daß die verschweißte Naht
zwischen der Heftung und dem Innenbereich der Kleidung angeordnet ist. Die
Ultraschallverschweißung erfordert eine genaue Überwachung, und die
Verschweißung erzeugt keine Nähte von ausreichender Festigkeit.
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Die US-Patent-Nr. 5,082,721 von Smith und anderen offenbart
Textilerzeugnisse zur Verwendung bei der Herstellung von Schutzanzügen,
welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Die US-A-3,717,538 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Artikeln
aus rohrförmiger Thermoplastfolie wobei ein Förderband die Folie trägt. Über
dem Band wird eine vertikal bewegte Schweißform mit einem elektrisch
beheizten Schweißstreifen auf die Folie abgesenkt. Die vorstehende Kante des
Streifens erzeugt eine teilende Schweißnaht.
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Genähte Nähte verursachen Nadellöcher, welche eine Penetration von Dampf
oder Gasen durch die Löcher oder durch die Nähte selbst schaffen.
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Durch Heißschmelzklebstoff-Verbindungsverfahren verschweißte Nähte sind
bei verschiedenen Anwendungen bekannt, haben jedoch den Nachteil, daß sie
typischerweise das die Naht tragende Textilerzeugnis durch thermischen
Abbau desselben während dem Nahtbildungsschritt schwächen, so daß die
mechanischen Eigenschaften des getragenen Textilerzeugnisses,
beispielsweise dessen Zugfestigkeit, auf schädliche Weise herabgesetzt
werden.
Abriss der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbesserung bei der Herstellung von
thermoplastischen ungewebten Textilerzeugnissen oder Faserstoffteilen mit
Fuß-, Arm- und Seitenteilen zur Verwendung bei der Herstellung von
Schutzkleidung. Gemäß der Erfindung ist ein Paar von Platten vorgesehen, von
denen jede mit einem einen Schnitt bildenden Heizmittel versehen ist, wobei
der Schnitt gestaltet ist, um erste und zweite benachbarte Stoffteile
auszubilden, wobei jedes Stoffteil einen Beinteil und einen Armteil aufweist,
wobei der Beinteil des ersten Stoffteus benachbart zum Armteil des zweiten
Stoffteils und der Armteil des ersten Stoffteils benachbart zum Beinteil des
zweiten Stoffteils angeordnet ist. Ferner ist ein Paar von Polymerbahnen
zwischen den Platten vorgesehen. Die Platten werden derart in geschlossener
Stellung angeordnet, daß sich die Heizmittel auf jeder Platte in einer Seite-an-
Seite-Stellung befinden, und es wird eines der Heizmittel über einen Zeitraum
auf eine Temperatur aufgeheizt, welche größer als die Temperatur des
anderen Heizmittels ist, um zu bewirken, daß die Polymerbahnen fließen und
eine Naht bilden.
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Das Heizelement wird mit einem Federmittel vorgespannt, um Mängel zu
vermeiden, welche durch Expansion und Kontraktion des Heizelements
während der Bearbeitung entstehen können.
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Bevorzugt wird Isolationsmaterial unterhalb der Heizelemente angeordnet und
eine Hülle über den Heizelementen angeordnet, um zu verhindern, daß die
Polymerbahnen durch Adhäsion zerschnitten werden und/oder durchbrennen.
Ebenfalls kann ein wärmebeständiger Ablösefilm zwischen den Heizelementen
und den Faserschichten vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise weisen beide Platten Heizelemente auf, welche während
dem Zusammenpressen bei Anwendung mit Polymerbahnen, die im erwärmten
Zustand nicht einfach fließen, oder wenn ein Verweilzeitraum und Haltedruck
notwendig ist, um zu bewirken, daß das geschmolzene Polymer zum
Ausbilden einer starken versiegelten Naht fließt, nebeneinander angeordnet
sind.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von
ungewebten thermoplastischen Faserstoffteilen zur Verwendung bei der
Herstellung von Schutzkleidung vor durch gleichzeitiges Schneiden eines
Textilerzeugnisschnitts und Schmelzverschweißen der Kanten eines Paars von
Stoffteilen, welche die Grundelemente einer Schutzkleidung bilden, um eine
Reduzierung oder Vermeidung von genähten Nähten vorzusehen.
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Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Verbesserung des Verfahrens zum
gleichzeitigen Schneiden und Nahtverbinden von Stoffteilen für Schutzkleidung
vorzusehen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Schneiden und
wirtschaftlichen Erzeugen von Stoffteilen für Schutzkleidung vorzusehen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Mittel zum gleichzeitigen Schneiden
und Nahtverbinden von Bahnen aus Polymermaterialien mit einem niedrigen
Schmelzindex vorzusehen.
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Ferner ist es ein weiteres Ziel, ein Verfahren zum Bilden einer Naht bei einem
Schichtwerkstoff mit unterschiedlichen Schmelzflußraten vorzusehen.
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Überdies ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, zum Herstellen von
Schutzkleidung erforderliches Nähen zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Diese und andere Ziele dieser Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger
beschrieben und offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Verwendung bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren;
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Figur 2 ist eine Draufsicht der Bodenplatte aus Figur 1, welche einen
Schnitt des Heizelements zeigt;
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Figur 3 ist eine Vorderansicht der Platte aus Figur 2;
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Figur 4 ist eine Vorderansicht der oberen Platte aus Figur 1;
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Figur 5 ist eine Vorderansicht der linken Hälfte der durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugten Kleidung; und
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Figur 6 ist eine Vorderansicht der beiden nahtverbundenen Stoffteile.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Obwohl spezielle Fachausdrücke in der folgenden Beschreibung zugunsten der
Klarheit verwendet werden, ist beabsichtigt, daß die Ausdrücke lediglich einen
zur Illustration ausgewählten besonderen Aufbau oder ein besonderes Merkmal
wiedergeben, und es ist nicht beabsichtigt, daß diese den Rahmen der
Erfindung definieren oder beschränken.
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Wie in Figur 1 dargestellt, sieht die Vorrichtung eine Zuführung eines Paars
von Polymerbahnen 13, 15 jeweils von Zuführrollen 12, 14 vor. Die Bahnen
13, 15 laufen zwischen einem Paar von Kompressionsplatten 16, 17 hindurch
und werden mit Klemmrollen 18, 18' abgeführt. Die Zeit, in der die Bahnen
zwischen den Platten verweilen und die Synchronisation der Zuführrollen 12,
14 mit den Klemmrollen 18, 18' wird bevorzugt durch ein Computer-
Regel/Steuer-Mittel in einer bekannten Weise erreicht.
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Wie in Figur 2 erkennbar, ist eine der Platten, bevorzugt die untere Platte 17,
mit einem Heizelement 20 versehen, welches dazu ausgelegt ist, zwei Hälften
eines Stoffteils für Schutzkleidung auszubilden. Wenn sich die Polymerbahnen
13, 15 zwischen den Platten 16, 17 befinden, wird die obere Platte 16,
welche im allgemeinen die Kompressionsplatte ist, durch das Computermittel
19 aktiviert, um die Bahnen 13, 15 auf das Heizelement 20 auf der unteren
Platte 17 zu drücken. Das Heizelement wird gleichzeitig aktiviert, um sich über
einen vom Polymermaterial abhängigen Zeitraum aufzuheizen, um zu bewirken,
daß das Polymermaterial fließt, im Bereich der Naht zu einem kontinuierlichen
Film schmilzt und verschweißt wird, während gleichzeitig der Bereich dann
dünner wird, so daß das Material an der Naht auseinander reißt, wenn es
geschnitten wird. Nach dem Heizzeitraum ist eine Verweilzeit vorgesehen,
wenn das Aufheizen gestoppt ist. Die Verweilzeit variiert mit jedem
Polymermaterialtyp.
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Wie deutlicher in Figur 3 dargestellt ist, ist das Heizelement 20 mit einem
Federmittel 21 gespannt. Das Federmittel 21 ist in einem
Massenherstellungsprozeß der Stoffteile für Schutzkleidung kritisch, da das
Heizelement 20 konstant Expansion und Schrumpfen unterliegt, wenn dieses
sich aufheizt und abkühlt. Bevorzugt wird das Heizelement 20 über einen
inerten Vorsprung 22, wie beispielsweise eine Porzellan- oder Metallstange,
mit einer Isolierung 23 darunter und zwischen dem Metall und dem
Textilerzeugnis oder Faserstoff, beispielsweise ein TEFLON- und/oder
Fiberglasband, gespannt. Vorteilhafterweise ist das Heizelement 20 mit einem
Material abgedeckt oder beschichtet, welches Wärme übertragen kann und
verhindert, daß das Heizelement 20 an den Polymerbahnen 13, 15 anklebt. Ein
derartiges Material umfaßt ein halogeniertes olefinisches Polymer, wie
beispielsweise TEFLON oder TEFLON-beschichtetes Glas.
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Das Heizelement 20 weist bevorzugt die Form eines Bandes oder eines
Drahtes auf. Der Draht oder das Band können aus Kupfer, Chrom, Stahl und
dergleichen sein, jedoch ist am meisten Nichrom bevorzugt. Ein Draht oder
dünnes Metallbandheizelement wird für die meisten thermoplastischen
ungewebten Faserbahnen bevorzugt.
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In Fällen, in welchen das Polymerbahnmaterial 13, 15 ein Polymer mit einem
niedrigen Schmelzindex, so wie beispielsweise TYVEK , ein spinngebundenes
Polyethylen oder ein Schichtwerkstoff aus verschiedenen Polymeren oder
Filmen umfaßt, ist es bevorzugt, daß die anderen Platten 17 mit einem
Heizelement 26 versehen sind, wie in Figur 4 dargestellt. Das Heizelement 26
sollte angeordnet sein, um benachbart zum Heizelement 20 zu liegen, wenn
die Platten 16, 17 zusammengedrückt werden.
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Die Vorteile von Heizelementen auf beiden Platten ergeben sich dann, wenn
das Bahnmaterial TYVEK umfaßt oder ein Schichtwerkstoff aus
Polymermaterialien mit unterschiedlichen Schmelzflußindizes ist. Das getrennte
Aufheizen der beiden Elemente 20, 26 führt zu einer Aufheizwirkung, bei der
eines der Polymere fließt, während das andere Polymer erweicht ist, so daß
ein leichtes Zusammendrücken eine gerippte Naht mit größerer Festigkeit zur
Folge hat.
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Ein Heizelement 26, welches ein Band mit einer Länge von ungefähr 0,63 bis
1,27 cm (1/4 bis 1/2 Zoll) ist, wird für den Einsatz mit Polymermaterialien mit
einem niedrigen Schmelzindex bevorzugt, da die Materialien kein Fließen
ausbilden, wodurch eine geeignete Naht gebildet werden kann. Bevorzugt wird
die Temperatur des Heizelements 26 getrennt vom Heizelement 20
geregelt/gesteuert.
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Das Heizelement 26 muß nicht, wie beim Heizelement 20 erforderlich,
gespannt sein. Es ist zweckmäßig, das Heizelement durch ein elastisches
Elastomermaterial 24 zu stützen, welches mit einer Isolierung 25 abgedeckt
ist.
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Der Aufbau des Heizelements 20 ist insbesondere bei der vorliegenden
Erfindung bedeutend, um ein Faserstoffteil 30 im wesentlichen ohne
Abfallmaterial zu schaffen, welches einfach in eine Außenkleidung eingesetzt
werden kann. Figur 5 zeigt ein Stoffteil 30, welches eine Hälfte der durch die
Vorrichtung hergestellten Schutzkleidung ist. Eine andere Hälfte der Kleidung,
welche ähnlich dem Stoffteil 30 ist, jedoch die zweite Hälfte der Kleidung
bildet, wird gleichzeitig und benachbart zum Stoffteil 30 gebildet. Das Stoffteil
30 ist mit einem nahtverbundenen Armteil 37 und einer Öffnung 33
ausgebildet, welche mit der anderen Hälfte 35 nahtverbunden wird, um die
Kleidung aus Figur 6 zu bilden.
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Der Halsabschnitt der Kleidung 41 wird durch Schneiden jeder Hälfte des
Stoffteiles längs der Linie A-A hergestellt.
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Um die Kleidung fertigzustellen, werden elastische Bänder oder Kräuselungen
am Ende der Armabschnitte zugefügt, und ein Reißverschluß wird mit der
Kleidung an der Öffnung 32 verbunden.
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Die in der Erfindung verwendeten Faserstoffteile können ein Polymermaterial
umfassen, welches je nach Wunsch einen Einzeschicht oder
Mehrschichtaufbau aufweisen kann. Sie sind im wesentlichen
thermoplastische ungewebte Textilerzeugnisse, wie beispielsweise ein
spinngebundenes Polyester, ein schmelzgesponnenes Polyester, ein
hydroverhakter Polyester und dergleichen. Beispiele des Polymermatenals sind
Polyolefine, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, weitere von
ethylenisch ungesättigten Monomeren abgeleitete Polymere umfassend
Vinylalkohol, Vinylchlorid, Vinydichlond und dergleichen. Zusätzlich können
Polyester-, Nylon- oder Mischfaserstoffe eingesetzt werden. Bevorzugt werden
Schichtwerkstoffe solcher Materialien, in welchen die jeweiligen Schichten
koextrudiert oder anderweitig zusammengeformt sind. Am meisten bevorzugt
werden TYVEK umfassende Faserstoffteile, ein ungewebter spinngebundener
Polyethylenfaserstoff (E.l. Dupont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, Del.).
Das TYVEK kann alleine oder laminiert mit wenigstens einer Schicht aus
Polyethylenhomopolymer, Ethylen/Vinylacetatcopolymer,
Vinyldichlorid/Vinlychloridcopolymer, Ethylen/Vinylalkoholcopolymer, und
dergleichen verwendet werden. Es ist selbstverständlich, daß sowohl
ungewebte spinngebundene Polyolefinmaterialien als auch weitere chemisch
beständige Polymermaterialien verwendet werden können.
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Alternativ können die Faserstoffteile oder die Kleidung der vorliegenden
Erfindung als Schichtstoff ausgebildet sein, umfassend eine Mehrzahl von
verbundenen Schichten aus Materialien, wie die vorstehend mit Bezug auf die
Einzelschichtstoffteile beschriebenen. Bei solchen Schichtstoffen können die
jeweiligen Schichten koextrudiert oder anderweitig zusammen gebildet
werden, oder diese Schichten können auf ihre Anfangsherstellung folgend
nacheinander miteinander verbunden werden, wie beispeusweise durch
gegenseitige Durchdringung bei erhöhter Temperatur, chemische Reaktionen
zwischen funktionellen Gruppen an sich gegenüberliegenden Seiten im
Schichtwerkstoff, usw. Ein besonders bevorzugter Schichtwirkstoff der
vorliegenden Erfindung umfaßt TYVEK , welches mit einer oder mehreren
Schichten aus Polyethylenhomopolymer, Ethylen/Vinylacetatcopolymer,
Ethylenvinylalkoholcopolymer und Vinyldichlorid/Vinylchloridcopolymer
laminiert oder beschichtet ist.
Flüssigkeitspenetrationsbeständige Bänder können über den Nähten
angeordnet werden, um eine zusätzliche Festigkeit zu schaffen und um
Nadellöcher an den Nähten zu verhindern. Das Band kann gleichermaßen aus
jedem zweckmäßigen Material gebildet sein, welches die gewünschte
Flüssigkeitspenetration für die Bandanordnung vorsieht. Das Band ist
zweckmäßigerweise ein Einzeschicht- oder ein Schichtstoffmaterial, welches
aus Materialien wie beispielsweise Polyolefinen, von anderen ethylenisch
ungesättigten Monomeren abgeleitete Polymeren, Schichtwerkstoffen
derselben, usw. gebildet.
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Im allgemeinen wird die Bandabdichtung möglicherweise an der zweiten Seite
der in Figur 6 gezeigten benachbart miteinander verbundenen Stoffteile in jeder
zweckmäßigen Weise angebracht, beispielsweise durch gegenseitige
Durchdringung bei erhöhter Temperatur, chemischer Verbindung,
Klebstoffverbindung usw.
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Im Halsbereich der Kleidung kann der Körperteil mit einer Haube (nicht gezeigt)
verbunden sein. Die Haube hat ein Frontteil aus zweckmäßigerweise
transparentem Material, wie beispielsweise MYLAR , Polycarbonat, usw.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird erzielt, wenn die Heizelemente auf
den Platten dazu ausgelegt sind, zwei Stoffteile mit angeformten und
nahtverbundenem Armteil und Beinteil auszubilden und der Rückenteil der
Kleidung den Ort für die Verbindungsnaht zwischen den Stoffteilen bildet. Der
Gestaltungsvorteil ist in Figur 3 erkennbar, wo die zu formenden Stoffteile
jeweils benachbart zu den Seiten sind und deren Arm- und Beinteile jeweils
benachbart zu einem Arm- und Beinteil des anderen Stoffteus sind.
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Entsprechend ist ein Verfahren zur Herstellung eines Paars von Faserstoffteilen
mit Bein-, Arm- und Seitenteilen vorgesehen, zur Verwendung bei der
Herstellung von Schutzkleidung. Das Verfahren umfaßt das Bilden eines
Schnitts mit Heizmitteln an jeder eines Paars von Kompressionsplatten. Dabei
ist der Schnitt so gestaltet, daß zwei Stoffteile auf Kunststoffbahnen mit
einem Armteil und einem Beinteil eines Stoffteus jeweils benachbart zu einem
Beinteil und einem Armteil des anderen Stoffteils gebildet werden. Die
Heizelemente an jeder der Platten sind so angeordnet, daß sie nebeneinander
liegen, wenn die Platten zusammengedrückt werden. Kunststoffbahnen
werden zwischen den Platten hindurchgeführt&sub1; und die Platten werden
zusammengedrückt Beim Zusammendrücken wird das Heizmittel auf jeder
Platte aktiviert, so daß die Heiztemperatur von einem der Heizmittel größer als
die Temperatur des anderen Heizmittels ist, um zu bewirken, daß eine der
Polymerbahnen fließt und eine Naht bildet. Die Stoffteile werden dann
nahtverbunden und gestreckt, um auf einfache Weise ein Paar von Stoffteilen
zu erhalten, welche je eine Hälfte einer Schutzkleidung bilden.
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Eine Verweilzeit zum Heizen und Zusammendrücken liegt ungefähr bei 5 bis
15 Sekunden, abhängig von den verwendeten Materialien und deren
Wandstärke.
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Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert
beschrieben wurden, ist einzusehen, daß weitere Veränderungen,
Modifikationen und Ausführungsbeispiele möglich sind und entsprechend alle
derartigen Veränderungen, Modifikationen und Ausfiihrungsbeispiele als im
Rahmen der Erfindung liegend betrachtet werden sollen, wie dieser in den
beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.