Biobasierte Vliesstoffe aus Viskosefasern für Schallabsorption
Biobasierte Vliesstoffe gewinnen in der akustischen Raumgestaltung zunehmend an Bedeutung. Die WHO klassifiziert Lärmbelastung als wesentliche Umweltbelastung in Europa, was die Nachfrage nach effektiven Schallabsorbern antreibt. Während derzeit Polyester-basierte Formteile den Markt dominieren, rücken vollständig biobasierte Alternativen verstärkt in den Fokus – insbesondere Systeme auf Basis von Viskosefasern, die akustische Wirksamkeit mit nachhaltiger Materialbeschaffung verbinden.
Die Grundlage dieser Entwicklung bilden Galaxy-Viskosefasern mit trilobalem Querschnitt. Diese besondere Fasergeometrie erzeugt ein erhöhtes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, wodurch die Kontaktfläche für Schallwellen vergrößert wird. Die akustische Wirkung basiert auf dem Prinzip der Reibungseffekte: Schallwellen werden durch Reibung an den Faseroberflächen in Wärme umgewandelt. Als Bindefasern kommen PLA-Bikomponentenfasern mit Kern-Mantel-Aufbau zum Einsatz. Der niedrigschmelzende Mantel ermöglicht das thermische Verbinden der Faserstruktur, während der höherschmelzende Kern die mechanische Stabilität während und nach dem Formpressprozess gewährleistet.
Die Vliesproduktion erfolgt über Rollenkrempelmaschinen und Nadelverfestigung. Der Kardierprozess erzeugt parallel ausgerichtete Faserv-Vliese, die durch einen gegenläufigen Doppelbandleger zu Mehrschicht-Vliesen verarbeitet werden. Durch Variation des Lagenwinkels und der Schichtanzahl lassen sich Flächengewichte zwischen 100 und 1.070 g/m² realisieren, wobei sich eine bevorzugte Faserausrichtung in Querrichtung ergibt. Die Konsolidierung erfolgt mit einem Nadelbrett von 4.500 Nadeln/m² bei Einstichdichten von 60 bis 300 Einstichen pro cm².
Die Formteilherstellung verläuft zweistufig: Zunächst werden die Vliesstoffe über den Schmelzpunkt der Binderfasern erhitzt, anschließend erfolgen Abkühlung und Konsolidierung in einer gekühlten Presse. Als optimal haben sich Kerntemperaturen von 160°C, Heiztemperaturen von 200°C und Pressspalte von 5 bis 9 mm erwiesen. Die resultierenden Halbzeuge weisen Flächengewichte zwischen 1.000 und 2.000 g/m² auf.
Einfluss der Prozessparameter auf akustische und mechanische Eigenschaften
Die Kerntemperatur während des Pressvorgangs bestimmt maßgeblich die Qualität der Formteile. Nur vollständiges Aufschmelzen des Bindefasermantels gewährleistet eine gleichmäßige Anbindung der Viskosefasern. Übermäßige Wärmezufuhr über 200°C führt jedoch zur thermischen Zersetzung und Verfärbung. Interessanterweise zeigt sich im Temperaturbereich von 120 bis 180°C ein vernachlässigbarer Einfluss auf die Schallabsorption, während die mechanischen Eigenschaften deutlich von höheren Kerntemperaturen profitieren.
Das Flächengewicht beeinflusst das akustische Verhalten signifikant. In allen Versuchsreihen steigt der Absorptionsgrad mit der Frequenz. Bis 2.500 Hz nimmt der frequenzabhängige Absorptionsgrad mit steigendem Flächengewicht zu. Bei 4.000 Hz kehrt sich dieser Trend um – die Absorption steigt bei abnehmendem Flächengewicht. Mechanische Eigenschaften wie das Elastizitätsmodul und Festigkeit verbessern sich erwartungsgemäß mit höherem Flächengewicht. Als ausgewogener Kompromiss zwischen Materialeinsatz und Schallabsorption hat sich ein Flächengewicht von 1.350 g/m² etabliert.
Die Einstichdichte beeinflusst die Formbarkeit während des Formpress-Prozesses erheblich und muss der beabsichtigten Bauteilgeometrie angepasst werden. Einstichdichten über 120 Einstiche/cm² führen zu deutlicher Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften durch Umorientierung und Bruch der Fasern. Aufgrund überlappender Effekte von Einstichdichte und Flächengewicht lassen sich keine eindeutigen isolierten Aussagen zum Einfluss der Einstichdichte auf den Absorptionsgrad treffen.
Industrielle Umsetzung und Anwendungspotenzial
Für die industrielle Formteilproduktion werden die Vliesstoffe auf 180 bis 195°C erhitzt. Das Heizelement auf der sichtbaren Seite arbeitet bei 180°C zur Vermeidung thermischer Verfärbungen, das gegenüberliegende Element bei 195 °C zur Sicherstellung ausreichender Konsolidierung und Dimensions-Stabilität. Höhere Flächengewichte verlängern die Zykluszeit und beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit. Einstichdichte und Faserlänge werden innerhalb der Grenzen minimal gehalten, da ihre Erhöhung in Kombination mit der Werkzeuggeometrie zu lokalen Schäden führen kann – darunter Vliesstoffrisse, Delaminationen (ungewollte Trennung oder Ablösung einzelner Schichten in einem mehrschichtigen Verbundmaterial) oder Faltenbildung.
Die Entwicklung biobasierte Vliesstoffe aus Viskosefasern mit durchschnittlich 47 mm Wandabstand stellen eine Alternative zu petrochemischen Akustikpaneelen für Anwendungen in Büros und Konferenzräumen dar. Die Kombination aus erneuerbaren Ressourcen, Kompostierbarkeit und gleichmäßiger Oberflächenqualität hebt Einschränkungen bisheriger Lösungen auf. Während Polyester-basierte Systeme zwar wiederverwertbar sind, verursachen sie Mikroplastik während und nach der Nutzungsphase.
Quelle: Fachzeitschrift „Technische Textilien“
Foto: ArtificialHorizons
