15.05.2023 •

Shake it off – Entwicklung und Herstellung einer Molotowcocktailschutzbekleidung für die Bereitschaftspolizei

Rahel Krause, Justin Kühn, Thomas Gries, Maren Gültner, Yvette Dietzel

Konfektionierter Einsatzoverall, links: Gewebe 12009 aus der Technora Mischung, rechts: Gewebe 12009 aus der Pyrotex Mischung
Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI)

In den letzten Jahren ist die Gewaltbereitschaft der Bevölkerung enorm gewachsen, wobei zunehmend Polizei- und Feuerwehrkräfte betroffen sind. Die Anschläge werden meist von politischen Extremisten verübt, die zunehmend Molotowcocktails einsetzen. Ein Molotowcocktail ist eine Bombe aus Öl und Benzin sowie einigen hochviskosen und klebrigen Zusätzen (z. B. Kaffeesatz). Kommt das Gemisch mit Sauerstoff in Kontakt, explodiert der Molotowcocktail. Es entstehen Flammen und es entwickeln sich kurzzeitig Temperaturen von 800°C bis 2000°C. Dies bedeutet, dass die Temperaturbelastung für kurze Zeit höher ist als bei Feuerwehrleuten in Brandeinsätzen.

Bei einer Straßenprotestaktion im Mai 2020 wurde eine Gruppe von PolizeibeamtInnen mit einem Molotowcocktail angegriffen. Ebenfalls im Mai und im darauf folgenden Monat fanden mehrere Angriffe auf deutsche Polizeipräsidien statt. Ganz aktuell sind die Angriffe auf die Polizei bei den Demonstrationen in Lüzerath im Januar 2023. Dort haben Klima-Aktivisten die BeamtInnen mit Molotow­cocktails beworfen.

Um den Umgang mit Brandsätzen und Pyrotechnik zu trainieren, bietet beispielsweise die Polizei in Nordrhein-Westfalen spezielle Trainingsmaßnahmen an. Hier nehmen PolizeibeamtInnen an realistischen Übungen teil, die sie auf Situationen wie den G20-Gipfel in Hamburg, die Eröffnung der Europäischen Zentralbank in Frankfurt oder Fußballspiele vorbereiten. Im Rahmen dieser Übungen lernen die BeamtInnen u.a. spezielle Einsatztaktiken für das Löschen von Bränden mit Personen und die Sicherung von pyrotechnischen Gegenständen. PolizistInnen tragen spezielle Schutzschilde und Helme, um sich u.a. vor Flammen und Hitze zu schützen.

Die Körperschutzausstattung (KSA) für Polizeieinsatzkräfte muss eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen, wie z. B. Schutz vor Stößen oder vor Hitze und Flammen. Die derzeitige KSA der PolizistInnen schützt nicht vor Molotowcocktail-Angriffen, da sie schrumpft und durch die entstehende Hitze zerstört wird. Das Material, aus dem die Schutzkleidung gefertigt ist, ist hier besonders entscheidend. Es muss leicht waschbar und neben der Hitzebeständigkeit auch wasserabweisend sein. Außerdem müssen Kohlenwasserstoffe wie Öl, Benzin oder Diesel abfließen können.

Um ein solches Material zu entwickeln, wurde das Projekt „Molotowcocktailschutz – Schutzkleidungsmaterial für Einsatzkräfte“ durchgeführt. Das IGF-Vorhaben 20599 BG der Forschungsvereinigungen Forschungskuratorium Textil e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Es wurde vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e. V. (STFI), Sachsen und dem Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA), Aachen durchgeführt. In mehreren Arbeitsschritten wurden geeignete Mischgarne und Gewebebindungen sowie textile Ausrüstungen entwickelt und getestet. Anschließend können Empfehlungen zu technologischen, aber auch produktbezogenen Aspekten der Schutzausrüstung für Polizeieinsatzkräfte gegeben werden.

Polizeikräfte mit Schutzschild und Helmen
Polizeikräfte mit Schutzschild und Helmen
Quelle: Moubax, A. www.canva.com/photos/MADyQ6zNyHo-three-firemen-standing-near-trees)

Fasermaterial- und Garnentwicklung

Ziel der Fasermaterialentwicklung ist es, ein Garn mit einer hohen mechanischen Festigkeit und einer geringen Schrumpfneigung bei Hitze- oder Flammeneinwirkung zu ermitteln. Ein direkter Vergleich verschiedener Materialien soll eine Einschätzung ermöglichen, ob die Materialien für den gewünschten Einsatz geeignet sind und die vorgesehenen normativen und regulativen Anforderungen (z. B. Zugfestigkeit, Dehnung, Luftdurchlässigkeit) erfüllt werden können.

Zur Auswahl einer geeigneten Fasermischung wurde eine umfassende Markt- und Patentrecherche sowie diverse Expertengespräche durchgeführt. Es wurden u.a. die technischen Lieferbedingungen verschiedener Länderpolizeien miteinander verglichen. Darüber hinaus wurden sieben Standardgewebe hinsichtlich Hitzeschrumpf und Aufbrechverhalten untersucht.

Nach der Ermittlung geeigneter Eigenschaften wurden folgende Garnmischungen ausgewählt:

  • Garn 1: Technora 50 %, Kermel 28 %, PBI 20 %, Belltron 2 % (im Folgenden als Technora bezeichnet)
  • Garn 2: Pyrotex 65 %, Kermel 33 %, Belltron 2 % (im Folgenden als Pyrotex bezeichnet)

Beide Garne haben eine Feinheit von Nm 60/2. Anhand der technischen Daten (siehe Tabelle 1) konnte davon ausgegangen werden, dass beide Garne die geforderten Anforderungen an das Endprodukt erfüllen.

Beide Fasermischungen wurden zu Ringgarnen verarbeitet, die anschließend in Webversuchen validiert wurden. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Säurebeständigkeit den Anforderungen entspricht, da Technora®, Kermel® und PBI® Aramidfasern sind. Fasermischung 2 enthält als Hauptbestandteil Pyrotex-Fasern, die zu den Acrylnitrilfasern gehören. Diese weisen laut Hersteller eine besonders hohe Säure-, Basen-, UV-, Lösungsmittel-, Hydrolyse- und Oxidationsbeständigkeit auf. Darüber hinaus sind die Pyrotex-Fasern antibakteriell und haben einen Limiting ­Oxygen Index (LOI) von 43 %. Der LOI ist der „minimale Volumenanteil von Sauerstoff in einem Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff bei 23 °C ± 2 °C, der die flammende Verbrennung eines ­Materials unter bestimmten Testbedingungen gerade noch unterstützt“. Belltron® ist eine antistatische Faser auf Nylon- oder Polyesterbasis. Bei einem Faseranteil von 2 % hat dies einen vernach­lässigbaren Einfluss auf die Festigkeit oder die Gewebebeständigkeit.

Gewebeentwicklung

Zeitgleich zur Garnentwicklung wurde mit der Entwicklung und Herstellung von speziell entwickelten Verstärkungsgeweben begonnen. Zunächst wurden die üblichen Gewebe für eine KSA aus einem m-Aramidgarn (334 dtex bzw. Nm 60/2) hergestellt. Zu diesen Standardgeweben gehören Leinwandgewebe, ­Panamagewebe, 3/1-Köpergewebe und ein Spezialgewebe. Auf Basis der Ergebnisse von Luftdurchlässigkeit und Weiterreißfestigkeit wurden drei neue Gewebe („Ineinandergefügter Rips“, „Zusammensetzung aus Rips, Panama und Leinwand“ und „Durch­brochener Köper“) entwickelt. Um den Einfluss der Bindung auf die Gewebeeigenschaften unabhängig vom Material zu bewerten, wurden diese drei Bindungen aus m-Aramidgarnen gewebt. Nach Durchführung und Auswertung der Versuche zur Luftdurchlässigkeit und Weiterreißfestigkeit der neuen Gewebe wurden zwei weitere entwickelt, das Gewebe 12009 (eine spezielle Form von Köper) und das Gewebe 12013 (Mikro-Ripstop), siehe Tabelle 2.

Beide Gewebe wurden mit der endgültigen Fasermischung
(50% Technora®, 20% PBI, 28% m-Aramid (1,7 dtex), 2% antistatisch (Beltron® Typ 931)) hergestellt und auf ihre Eigenschaften geprüft. Beide Bindungen wurden mit einer Kettdichte von
32 Fd/cm und einer Schussdichte von 23 Fd/cm ausgewebt. Die relevanten technischen Daten können der nachfolgenden Tabelle 3 entnommen werden.

Beide Gewebe erzielen die technischen Vorgaben der Polizei aus Sachsen und NRW. Es ist zu erkennen, dass die Bindung 12009 mit 262 l/m2/s eine höhere Luftdurchlässigkeit als die Bindung 12013 erzielt hat. Dies hängt vor allem mit der höheren Anzahl an Flottierungen zusammen. Da insbesondere die Luftdurchlässigkeit für den Tragekomfort relevant ist, wird sich für die Veredlung und Konfektionierung der KSA für die Bindung 12009 entschieden.

Entwicklung einer textilen Ausrüstung

Gemeinsam mit Chemikalienherstellern wurde eine Auswahl möglicher Ausrüstungen untersucht. Wasser-, öl- und schmutzabweisende Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete Waschbeständigkeit und Dauerhaftigkeit spielten eine wichtige Rolle. Die ausgewählten Ausrüstungen wurden zunächst als Vollbadimprägnierung im Foulardverfahren aufgebracht und anschließend auskondensiert. In einer weiteren Untersuchung wurden verschiedene Polysiloxanbeschichtungen mit einer oleophoben Ausrüstung kombiniert, um das Anhaften von brennbaren Substanzen zu verhindern. Alle Funktionsmuster wurden hinsichtlich des Brenntests nach DIN EN ISO 15025 sowie des 3M Wasser/Alkohol-Tropftests und des Öltests nach AATCC 118:2013-00 untersucht und bewertet. Diese Tests wurden sowohl im ungewaschenen als auch im gewaschenen Zustand der Proben durchgeführt. Daher wurden alle Proben dem Waschtest im nicht-kommerziellen Wasch- und Trocknungsverfahren nach DIN EN ISO 6330 unterzogen. Die Proben wurden 5-mal bei 60 °C im 6N + F-Verfahren gewaschen (einschließlich Trocknung) und anschließend geprüft.

Die entwickelte Ausrüstung soll waschbeständig und hydrophob sein, im 3M Wasser/Alkohol-Tropfentest die höchste Note 10 und im Öltest die Note 5 erreichen. Die Untersuchung der beschichteten Funktionsmuster hat gezeigt, dass alle Ausrüstungen im ungewaschenen Zustand die Note 10 erreichen. Im gewaschenen Zustand erreichte eine favorisierte Ausrüstung auf Basis von C6 ebenfalls die Note 10 im 3M Wasser/Alkohol-Tropftest.

Beim Öltest nach AATCC 118:2013 fielen die Ergebnisse sehr unterschiedlich aus. Im Ausgangszustand (ungewaschen) zeigten die Funktionsmuster auf Basis der C8-Chemie eine Note von 4,5-6,5. Ausführungen auf Basis der C6-Chemie erreichten im besten Fall eine Note von 4,5-5,5. Im gewaschenen Zustand verloren die Veredelungen je nach Substrat 1-3 Notenpunkte. Nach einer Anpassung hinsichtlich Konzentration und Fixierung überzeugten die Ausrüstung Tubiguard 30 F und die Kombination aus Streichbeschichtung Tubicoat SI 663 und Tubiguard 30 F. Die Kombination konnte vor allem beim Verhindern der Durchdringung der Testflüssigkeiten punkten. Daher wurde sich nach weiteren Expertengesprächen für diese zweistufige Ausrüstung entschieden. Im ersten Schritt werden die Gewebe mittels Streichbeschichtung mit Tubicoat SI 663 veredelt. Im zweiten Schritt wurden die Gewebe mit Tubiguard 30 F mit Hilfe eines Foulards ausgerüstet.

Entwicklung einer angepassten Prüfmethode zur Testung der Molotowcocktail-Schutz­anzüge

Zusätzlich wurde eine Prüfmethode, die das Brennverhalten von Geweben für Schutzanzüge bestimmt, entwickelt. Dabei wird der Einfluss der eingesetzten Brennstoffmenge, des Eindring- bzw. Haftvermögens des Brennstoffs sowie des Brennstoffgemisches berücksichtigt. Außerdem werden zusätzlich anhaftende Stoffe und Brandbeschleuniger berücksichtigt sowie Brenndauer und Schädigung bewertet. Zur Entwicklung wurden die so genannten „technischen Leistungsbeschreibungen von Körperschutzausrüstung“ der Polizeirichtlinie des Landes Nordrhein-Westfalen (NRW) und die „TNO – W 9999 – Molotov cocktail test“ herangezogen.

Für die Prüfungen werden, nach DIN EN ISO 6530 „Schutz gegen flüssige Chemikalien“, die anhaftenden Stoffe und Brandbeschleuniger in einer Wanne auf das Textil aufgebracht. Es werden das Gewicht der Probe vorher und nachher (Absorptionsindex) sowie die Abflussmenge (Rejektionsindex) ermittelt. Darüber hinaus wird die Penetration (Penetrationsindex) des Brandbeschleunigers geprüft. Der Penetrationsindex gibt Aufschluss über die effektive Brennstoffmenge, die Abstoßungsfähigkeit der Geräte- und die Materialkombination. Anschließend wird ein Brennversuch nach DIN EN ISO 15025 mit 10 s Oberflächenzündung durchgeführt und die Brenndauer ermittelt. Als Brandbeschleuniger werden Chemikalien wie Heizöl, Benzin und Isooktan verwendet und später mit anhaftenden Stoffen wie Kaffee und Leim kombiniert.

Die Brennversuche haben gezeigt, dass sich lediglich Heizöl für den Einsatz als Brandbeschleuniger eignet. Heizöl führte zu Nachbrennzeiten von 10-11 s. Die Zugabe von Kaffeesatz bewirkt, dass das Gemisch länger brennt. In diesem Fall brennt der Kaffee bis zum Ende und glimmt teilweise ab. Die Heizöl-Kaffee-Mischung von 10 ml/1 g erreicht Nachbrennzeiten von bis zu 41 s und Nachglimmzeiten von 19 s.

Weitere Versuche haben gezeigt, dass durch eine Erhöhung der organischen Bestandteile (Kaffee oder Leim) die Brenndauer noch stark gesteigert werden kann. Diese Erhöhung wirkt sich jedoch negativ auf die Reproduzierbarkeit des Tests aus. Daher wurden für das entworfene Verfahren die folgenden Substanzen verwendet:

a) 10 ml Heizöl und

b) eine Heizöl-Kaffee-Mischung aus 10 ml Heizöl und 1 g Kaffeesatz

Mit diesen Substanzen wurden die Funktionsmuster roh, im veredelten Zustand sowie gewaschen und ungewaschen getestet. Es zeigte sich, dass die Veredelung das Penetrationsvermögen sowie das Absorptionsvermögen stark reduziert. Je geringer das Penetrations- und Absorptionsvermögen, desto kürzer sind die Nachverbrennzeiten. Mit der entwickelten Beschichtungskombination ist es gelungen, ein Abfließen des anhaftenden Brandbeschleunigers aus Kaffee und Heizöl während des Brennvorgangs zu erreichen. Gut verarbeitete Substrate können trotz Brandbeschleuniger innerhalb von 2 s Nachbrennzeit erlöschen.

Zusammenfassung und Fazit

Es wurden zwei Ringgarne mit einer Technora und Pyrotex­mischung entwickelt. Aus beiden Garnen wurde anschließend ein Gewebe hergestellt. Für die Herstellung des Gewebes und der anschließenden Ausrüstung und Konfektion wurde sich aufgrund der besseren Luftdurchlässigkeit für die Bindung 12009 entschieden. Zur Ausrüstung des Gewebes wurde ein zweistufiges Verfahren gewählt. Im ersten Schritt wurden die Gewebe mittels Streichbeschichtung mit Tubicoat SI 663 veredelt. Im zweiten Schritt wurden die Gewebe mit Tubiguard 30 F mit einem Foulard ausgerüstet. Anschließend erfolgte die Konfektion der KSA.

Beide Overalls eignen sich voraussichtlich für den Einsatz. Um eine endgültige Bewertung geben zu können, erfolgen zum Abschluss des Projekts u.a. Tragekomfortversuche sowie Prüfungen der „Molotowcocktailbeständigkeit“ mit Hilfe des modifizierten Prüfverfahrens. 


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