3-D-Textilien schützen vor extremen Hitzebelastungen

Die ideale Ergänzung zu konventionellen Schutzbekleidungen sind funktionalisierte, so genannte dreidimensionale Unterbekleidungen. Diese neu entwickelte Schutzkleidung besteht aus einem mehrschichtigen Aufbau, wobei die unterschiedlichen Schichten dann eben verschiedene Funktionen übernehmen. Die zentrale Rolle kommt dabei einem Abstandgestrick zu.

Die Schutzwirkung dieses Abstandsgestricks basiert zum einen auf der Vermeidung von Hautkontakt zu den darüber liegenden Schichten der Schutzkleidung, um Verbrühungen durch den eigenen Körperschweiß zu verhindern und zum anderen wird ein Kühleffekt durch einen Feuchteabtransport erzeugt. Das Gestrick funktioniert besonders gut, indem lokal unterschiedliche Steifigkeiten erzeugt werden. Die Steifigkeit kann über den Polfaden maschinenseitig maschengenau eingestellt und im Prozess flexibel gewechselt werden.

In Deutschland sind rund 10 Prozent der Erwerbstätigen an ihren Arbeitsplatzen hohen Temperaturen ausgesetzt, schreiben die Autoren Lukas Lechthaler, Kristina Simonis, Marie-Isabel Popzyk, Christoph Peiner, Thomas Gries vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA), Aachen sowie Markus Tutsch von STS Textiles GmbH & Co. KG, Grunbach in ihrem Fachartikel in Technische Textilien. Und ergänzen: Neben starker körperlicher Anstrengung kann eine erhöhte Umgebungstemperatur zur einer Erhöhung der Körpertemperatur und damit zu lebensbedrohlichen Hitzeschocks (ab 40° C Körpertemperatur) fuhren. Dieser Gefahr kann und muss mit der Verwendung geeigneter Schutzkleidung begegnet werden. Es zeigt auch die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Materialien.

Ein neuer Ansatz beim Hitzeschutz

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Entwicklung von hitzeexponierten Arbeitsschutz-Textilien“ liegt der Fokus auf den tieferen Bekleidungsschichten. In der Regel wird konventionelle Baumwollunterwäsche zur Aufsaugung der Feuchtigkeit verwendet, wahrend die äußeren Schichten vor Hitzestrahlung und Verbrennungen schützen. Die Baumwolle liegt dabei direkt auf der Haut auf und kann aufgrund ihres guten Absorptionsverhaltens große Mengen Feuchtigkeit aufnehmen und speichern. Das Problem dabei ist, dass die gespeicherte Feuchtigkeit durch Aufheizung von Außen, die nicht durch Schutzkleidung abgefangen wird, zu einer starken Erwärmung führt. Dadurch kann es tatsächlich zu Verbrühungen und Überhitzungen durch den eigenen Körperschweiß kommen.

Der Anteil dieser Hitzeschäden an allen Arbeitsunfällen liegt für hitzeexponierte Arbeitsplatze in Deutschland bei etwa 50 Prozent. Ziel ist es, durch Verwendung der 3D-Unterwäsche diesen Anteil auf 10 Prozent zu reduzieren.

Insbesondere druckbelastete Stellen werden dazu lokal verstärkt, um einen Kontakt von Haut und der darüber liegenden Schicht der Schutzbekleidung zuverlässig zu unterbinden. In hochbelasteten Bereichen wie Knie, Ellenbogen oder Schultern, müssen daher lokale Verstärkungen über steifere, den Abstand haltende Polfäden eingesetzt werden. Eine Möglichkeit die Steifigkeit des Polfadens im laufenden Produktionsprozess zu wechseln, gibt es jedoch nach aktuellem Forschungsstand nicht.

 

Geringere Schadstoffbelastung  durch Einsatz thermoplastischer Elastomere in Kfz-Innenräumen

Die für die meisten Menschen auffälligste Art von Emission beim Auto findet sich meist im Innenraum – der Geruch. Die Substanzen in der Luft können dabei von verschiedensten Bauteilen im Innenraum kommen. Insbesondere Kunststoffteile sind in der Vergangenheit häufiger durch einen unangenehmen Geruch aufgefallen. Interessant ist dabei, dass ein „Neuwagengeruch“ in Europa und Amerika überwiegend als angenehm bewertet wird, während er im asiatischen Raum häufig als störend empfunden wird. Durch den Einsatz neuartiger Elastomere soll zukünftig die Belastung deutlich reduziert werden.

Luftqualität ist ja generell ein großes Thema in der Automobilindustrie, doch neben den CO2- und Stickstoff-Emissionen an die Umgebung ist eben auch die Innenraumluftqualität inzwischen von großer Bedeutung – letztlich sowohl für die Hersteller als auch für die Kunden. In einigen Ländern wie etwa China, Japan und Korea, wurden gar in den letzten Jahren gesetzliche Standards eingeführt, die die maximale Konzentration von einigen Schadstoffen im Innenraum klar reglementieren. Es ist daher auch sehr wahrscheinlich, dass solche oder ähnliche Standards in Zukunft auch in Europa und Amerika in gleicher Weise zum Tragen kommen werden.Emissionswerte gehören zu den wichtigsten Materialeigenschaften für den Automobil-Innenraum, da sie maßgeblich auch zum Fahrkomfort beitragen. Aus diesem Grund dürfen Bauteile auch über lange Zeit keine Stoffe an die Luft abgeben, die durch unangenehmen Geruch auffallen oder die Gesundheit der Insassen beeinträchtigen könnten, schreiben Florian Dresel und Dr.-lng. Thomas Köppl von Hexpol TPE in Lichtenfels in einem Beitrag für die Zeitschrift Plastverarbeiter.

Emission und Lösungsansätze

Qualitativ hochwertige thermoplastische Elastomere (TPE) werden tatsächlich mit vier der fünf klassischen Sinne von Menschen positiv wahrgenommen und aus diesem Grund immer häufiger im Automobil-Innenraum eingesetzt. Das macht besonders deutlich, wie wichtig die richtige Auswahl der eingesetzten Lösungen ist. Mischungen und Rohstoffe müssen aufwändig und mit Bedacht gewählt werden.

Neben den technischen Eigenschaften von Materialien wird inzwischen auch großer Wert auf die Herkunft und die Nachhaltigkeit der Rohstoffe gelegt. Aus diesem Grund wird denn auch die Herstellung von Kunststoffen aus fossilen Rohstoffen immer häufiger kritisiert. Als umweltfreundliche Alternative werden daher Produkte entwickelt, die große Anteile an Rohstoffen auf pflanzlicher Basis enthalten. Diese nachwachsenden Rohstoffe, wie etwa Zuckerrohr, stammen zudem oft aus zertifiziert nachhaltigem Anbau (beispielsweise ISCC+) und tragen so zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bei. Je nach Härtegrad des Materials ist gar ein biobasierter Anteil von bis zu 90 Prozent möglich.

Neue wasserbasierte Latexdispersion für Trägertextilien bei Schleifmitteln

Schleifmittel wie Schleifbänder, Fiberschleifscheiben, Fächerschleifscheiben, Schleifhülsen und Polierwerkzeuge gibt es in den verschiedensten Ausführungen, Größen und Formaten. Sie dienen nicht nur zum Schärfen, sondern auch zum Glätten und Polieren von Gegenständen und zur Dimensionsstabilität. Textilbasierte Industrieschleifmittel sind dabei einer der Schlüsselsegmente bei Schleifmitteln.

Seit Jahrzehnten werden hierbei zunehmend wässrige Polymerdispersionen zur Herstellung solcher Produkte eingesetzt – um so die mechanische Beständigkeit, die thermische Beständigkeit und die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern und die Lebensdauer des Materials zu verlängern.

Wässrige Latexdispersionen verleihen industriellen Schleifmitteln auf textilen Substraten im eigentlichen Mahlprozess wichtige Eigenschaften wie Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit. Typischerweise besteht das Schleifmittel dabei aus einem imprägnierten Gewebe aus Baumwolle, Polyester oder einer Mischung als Träger. Der Träger ist rückseitig und decklackiert, und die Schleifpartikel sitzen auf dem Träger, fixiert mit Phenolharz.

Die Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen zum Imprägnieren und Beschichten des Trägers ermöglicht Modifikationen bei der Steifigkeit des Gewebes. Sie verbessert die mechanischen Eigenschaften und die Haftfestigkeit zwischen Schleifpartikelschicht und Träger. Zusätzlich verbessert dies die Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit gegenüber Kühlflüssigkeiten. Und sie wirkt auch als Barriere, um zu verhindern, dass das Phenolharz durch die Deckschicht den Träger beschädigt, schreiben Michael Karnop und Sören Butz 
von der Synthomer Deutschland GmbH in der Fachzeitschrift Melliand International.

Optimierung und Qualität

Neuere Produkt haben eine bessere Schälfestigkeit und eine höhere thermische Beständigkeit und sind klar umweltfreundlicher.
 Die Parameter des Polymerisationsprozesses werden dazu optimiert, um am Ende ein sauberes, VOC-armes Produkt mit einem niedrigen CO2-Ausstoß zu gewährleisten.

Eine der Schlüsselfunktionen einer solchen Polymerdispersion in textilbasierten Schleifmitteln besteht darin, die mechanische Bindung zwischen den Schleifpartikeln und dem Träger unabhängig von der Faser-Art zu verbessern. Dies trägt unmittelbar zur Haltbarkeit und Lebensdauer des Schleifmittels bei.

Das Schleifen und Polieren erfolgt meist mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Die thermische Beständigkeit ist daher eine entscheidende Eigenschaft, die bei der Entwicklung einer Hochleistungsdispersion für industrielle Schleifmittel zu berücksichtigen ist. Die Zusammensetzung dieser Polymerdispersion, insbesondere der Monomere und Vernetzerkomponenten, hat einen wesentlichen Einfluss auf besagte thermische Beständigkeit.

Neue Produkte weisen zudem eine gute Kompatibilität mit Phenolharz auf, das häufig zum Schleifen der Sandfixierung auf der Oberfläche verwendet wird. Durch das Mischen einer kleinen Menge dieser Produkte mit dem Harz entsteht eine veränderte Flexibilität, so dass das Endprodukt dem Biegeprozess gegen Ende der Fertigung standhalten kann. Dabei geht es darum, dass Schleifmittel in verschiedenen Winkeln gestreckt und gebogen werden, um sie besser an die Schleifwerkzeuge und Substrate anzupassen.

Durch die Optimierung der Prozessparameter und eine moderne Qualitätskontrolle können damit aktuelle Produkte entwickelt werden, die im Vergleich zu ihren Vorgängern zehn Prozent mehr Feststoffe bei gleichbleibender Partikelgrößenverteilung enthalten.

 

Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe als Hochleistungsprodukte und Smart-Materials

Technische Textilien bekommen immer mehr Eigenschaften zugeordnet. So werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) bereits als vielversprechende Smart-Materials eingesetzt. Diese zählen zu einem speziellen Typus von Funktionsmaterialien, die Umweltreize wahrnehmen, auf sie reagieren und nach Abklingen des Reizes wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehren können.

Schon seit 20 Jahren erfreuen sich FKV zunehmender Beliebtheit im Bereich der ressourceneffizienten Mobilität. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht im Vergleich zu traditionellen Materialien wie Aluminium, Stahl oder Magnesium werden FKV als lasttragende Strukturen im Flugzeug-, Automobil-, Zug- und Schiffsverkehr eingesetzt.

Durch die Integration von Funktionsmaterialien in Schichtkonstruktionen werden sie mit strukturintegrierten Funktionen versehen; etwa in Form von Beleuchtung, De-lcing oder kontinuierlicher Strukturüberwachung sowie von Leit- und Aktivierungs-Funktionen. Sie werden also zu besagten Smart-Materials.

Als besonders vielversprechende smarte Materialien gelten Formgedächtnislegierungen (FGL), die sich durch eine große Energiedichte, ein hohes Krafterzeugungs-Potenzial sowie eine enorme Verformbarkeit und Stabilität in der Hochtemperaturphase auszeichnen. Die Integration der FGL während des Herstellungsprozesses von Verstärkungsgeweben gewährleistet in Bezug auf adaptive FKV (kurz AFKV) Langzeitstabilität, Reproduzierbarkeit und Kostenreduktion, so der Bericht von Moniruddoza Ashir, Jan Hindahl, Andreas Nockeund Chokri Cherif (Technische Universität Dresden) in der Fachzeitschrift Technische Textilien.

Die Forschung der Dresdner Wissenschaftler zeigt viel versprechende Ansätze bei Leichtbaustrukturen mit morphenden Fähigkeiten – und zwar dank der Entwicklung von AFKV basierend auf FGL-Aktoren. So wurde eine strukturelle Integration von FGL-Drähten in Verstärkungsgewebe vollautomatisch in einem einzelnen Prozessschritt und mit Hilfe der Web-(Textil-)Technologie umgesetzt.

Weitere Forschungsaktivitäten der Dresdner Forscher vom „Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik“ werden künftig darauf abzielen, die Entwicklung von adaptiven, verjüngten FKV mit lokal einstellbarer Biegesteifigkeit zu fördern, um letztlich einen noch größeren Verformungsgrad zu erreichen. Exemplarische Einsatzmöglichkeiten für die entwickelten AFKV gibt es zum Beispiel bei aerodynamischen Klappen oder Rudern, aber auch bei medizinischen Anwendungen für die humanoide Kinematik sowie bei diversen technischen Einsatzmöglichkeiten bei Spann- und Greifvorrichtungen.