Aus der Branche

Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) wird in Genf Neues aus der Vliesstoffforschung präsentieren. Gezeigt werden unter anderem ein biobasierter Hygienevliesstoff, das Recycling von Hochleistungsfasern am Beispiel des Projekts VliesSMC, ein innovatives Schlauchlinersystem und Wasserstrahlvliesstoffe aus recycelten Fasern.

Biobasierter Hygienevliesstoff: BioHyg
Ausgangspunkt für die Innovation war die Suche nach einer waschbaren und somit wiederverwendbaren Saugeinlage aus vollständig biobasierten Materialien für Anwendungen in der Baby-, Damen- und Inkontinenzhygiene. Zwei Hauptanforderungen standen im Fokus: Eine schnelle und effiziente Flüssigkeitsverteilung sowie eine hohe Saugfähigkeit sollen Rücknässung und Auslaufen minimieren. Beides gewährleisten Spezial-Viskosefasern von Kelheim Fibres, die seit vielen Jahren diesen essenziellen Beitrag in absorbierenden Hygieneprodukten wie Tampons leisten.
Dabei sind die Vorteile von Vliesstoffen in Kombination mit Spezial-Viskosefasern hinsichtlich Absorptionsfähigkeit (durch z. B. offenporigere Strukturen) aus dem Bereich der petrochemisch- in die Welt der biobasierten Fasermaterialien transferiert worden.

Wiederverwendbare Produkte müssen beim Waschen und über mehrere Nutzungszyklen hinweg stabil bleiben. Um das zu gewährleisten, wurde am Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. eine innovative Vliesstoffkonstruktion entwickelt. Sie schließt die technologische Lücke aus ausreichender Dimensionsstabilität und möglichst geringer Faserschädigung durch die Verfestigungsmechanismen. Die entwickelten Vliesstofflagen können als eigenständige Lösung als Single-Use Produkt mit biobasierten Materialien verwendet oder in eine waschbare Verbundstruktur, wie der Windel vom Start-up Sumo, integriert werden. Die neue Lösung vereint die Welten von Hygiene und Nachhaltigkeit und zeigt, dass leistungsstarke wiederverwendbare absorbierende Produkte ohne fossile Materialien entwickelt werden können.

Recycling von Hochleistungsfasern: VliesSMC
Das STFI informiert auf der INDEX über 23 Neuerungen im Recycling von Hochleistungsfasern. Ausgestellt wird ein Batteriegehäuse, das gemeinsam mit dem Forschungspartner Fraunhofer ICT, Pfinztal, erarbeitet wurde. Am STFI, Chemnitz, erfolgten detaillierte Untersuchungen zum Einsatz rezyklierter Carbonfasern in der SMC-Prozesskette. Hierzu wurden Vliesstoffe entwickelt, die es ermöglichen, die rezyklierten Carbonfasern der SMC-Anlage zuzuführen. Die hergestellten SMC-Halbzeuge konnten anschließend sowohl im Form- als auch Fließpressverfahren verarbeitet werden. Der Vergleich mit konventionellen SMC-Produkten zeigt, dass bei niedrigerem Faservolumengehalt vergleichbare Kennwerte erzielt werden konnten. Zukunftsweisende Materialien bieten zudem die Entwicklungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe in Kombination mit biobasierten Harzsystemen.   
 
Von der Recyclingfaser zum Wasserstrahlvliesstoff
Das STFI stellt Vliesstoffstrukturen aus, die nach dem mechanischen Recycling mittels Reißmaschine durch das Wasserstrahlverfahren bzw. Nähwirktechnologien verfestigt wurden. Die Vliesstoffe zeichnen sich insbesondere durch ihre weiche Haptik und Optik aus. Ob nassfeste Wipes, klassische Polfaserwirkvliesstoffe mit Polster- und Isolationseigenschaften oder nachhaltige Nadelvliesstoffe; durch den Einsatz von Reißfasern in Kombination mit etablierten Vliesbildungsprozessen werden am STFI neue Anwendungen für Alttextilien gefunden und Stoffkreisläufe geschlossen.  

Wenn sich die Nonwoven Industry vom 18. bis 21. April auf der Leitmesse INDEX in Genf trifft, erwartet die Mahlo GmbH + Co. KG Fachbesucher aus aller Welt, um sie über die richtige Messtechnik für eine effizientere und hochwertige Produktion von Vliesstoffen zu informieren.

Mit einer großen Auswahl an Sensorik, verschiedenen Messtechniken und den dazugehörigen Messbrücken lassen sich verschiedenste Aufgaben hinsichtlich der Kontrolle von Flächengewicht, Feuchte, Dicke, Faseranteile, Luftdurchlässigkeit kosteneffizient und praxisgerecht lösen.

Als ein Beispiel nennt Wulbeck Spunlace-Produkte. Sie bestehen hauptsächlich aus Fasern wie Baumwolle, PE, PET oder Rayon. Die absorbieren im Nahinfrarotbereich Licht. Wasser und alle weiteren Materialien weisen verschiedene Spektralbereiche auf und lassen sich so unterscheiden. Der Nahinfrarot-Sensor Infrascope NIR ermittelt durch die Abschwächung des Lichts in bestimmten Wellenlängen den Feuchtegehalt und das Flächengewicht verschiedener Materialien. Aufgrund seiner sehr hohen spektralen Auflösung kann der Sensor zwischen Komponenten mit sehr ähnlicher, aber nicht identischer IR-Absorption unterscheiden und erreicht eine hohe Messgenauigkeit. „Bis zu 0,05 g/m2 des jeweiligen Beschichtungsgewichts sind möglich“, so Wulbeck.

„Wir möchten die Hersteller dabei unterstützen, ihre Produktionsabläufe und damit auch das Endprodukt zu optimieren,“ sagt Matthias Wulbeck, Mahlo-Produktmanager für QCS. Denn wie viele andere Industrien hat auch der Nonwoven-Sektor mit Herausforderungen wie den steigenden Preisen für Energie und Rohstoffe, langen Lieferzeiten und unsicheren Lieferketten zu kämpfen. Um weiter wirtschaftlich und zeitgenau zu produzieren, muss man also Ressourcen einsparen, und Fehlproduktionen sowie unnötige Prozesszeiten vermeiden. „Unser Mess- und Regelsystem Qualiscan QMS trägt genau dazu bei.“

Ein neuartiges, ebenso umweltfreundliches wie kostensparendes Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern aus Lignin ist an den DITF entwickelt worden. Es zeichnet sich durch hohes Energiesparpotential aus. Die Vermeidung von Lösungsmitteln und die Nutzung natürlicher Rohstoffe machen das Verfahren umweltfreundlich.

Carbonfasern werden im industriellen Maßstab gewöhnlich aus Polyacrylnitril (PAN) hergestellt. Die Stabilisierung und die Carbonisierung der Fasern geschieht dabei mit langer Verweildauer in hochtemperierten Öfen. Das erfordert viel Energie und macht die Fasern teuer. Dabei entstehen giftige Nebenprodukte, die aufwendig und energieintensiv aus dem Herstellungsprozess abgetrennt werden müssen.

Ein neuartiges, an den DITF entwickeltes Verfahren ermöglicht hohe Energieeinsparungen in all diesen Prozessschritten. Lignin ersetzt dabei das Polyacrylnitril für die Herstellung der Präkursorfasern, die in einem zweiten Prozessschritt zu Carbonfasern umgewandelt werden. Lignin als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Carbonfasern hat bisher kaum Beachtung in der industriellen Fertigung gefunden. Lignin ist ein günstiger und in großen Mengen verfügbarer Rohstoff, der als Abfallprodukt in der Papierproduktion anfällt.

Im neuen Verfahren zur Herstellung von Ligninfasern wird zuerst Holz in seine Bestandteile Lignin und Cellulose getrennt. Ein Sulfit-Aufschluss ermöglicht die Erzeugung von Lignosulfonat, das in Wasser gelöst wird. Die wässrige Lösung von Lignin ist das Ausgangsmaterial für das Spinnen der Fasern.
Der Spinnprozess selbst erfolgt im sogenannten Trockenspinnverfahren. Dabei presst ein Extruder die Spinnmasse durch eine Düse in einen beheizten Spinnschacht. Die entstehenden Endlosfasern trocknen im Spinnschacht schnell und gleichmäßig. Das Verfahren benötigt weder Lösungsmittel noch giftige Additiven.

Die anschließenden Schritte zur Herstellung von Carbonfasern - die Stabilisierung in Heißluft und die anschließende Carbonisierung im Hochtemperaturofen - ähneln denen des üblichen Prozesses bei Verwendung von PAN als Präkursorfaser. Allerdings lassen sich die Ligninfasern im Ofen besonders schnell mit Heißluft stabilisieren und benötigen nur relativ niedrige Temperaturen in der Carbonisierung. Die Energieersparnis in diesen Prozessschritten gegenüber PAN liegt bei rund 50% und bedeutet einen echten Wettbewerbsvorteil.

Aus Wasser gesponnene Ligninfasern bieten Vorteile
Neben der umweltfreundlichen, da lösemittelfreien Herstellung, und der Energieeffizienz bietet das neue Verfahren weitere Vorteile gegenüber PAN: Lignin ist ein überaus günstiger und leicht verfügbarer Rohstoff, der aus Holz gewonnen wird. Die Verwendung eines natürlichen Rohstoffes für die Erzeugung von hochfesten Carbonfasern folgt dem Nachhaltigkeitsgedanken in der Produktion.

Der Trockenspinnprozess erlaubt hohe Spinngeschwindigkeiten. Hierdurch wird in kürzerer Zeit deutlich mehr Material produziert, als es mit PAN-Fasern möglich ist. Das ist ein weiterer Wettbewerbsvorteil, der dennoch keine Kompromisse an die Qualität der Lignin-Präkursorfasern zulässt: Diese sind äußerst homogen, haben glatte Oberflächen und keine Verklebungen. Solche strukturellen Merkmale erleichtern die Weiterverarbeitung zu Carbonfasern und letztlich auch zu Faserverbundwerkstoffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dem neuen Spinnverfahren gewonnenen Präkursorfasern aus Lignin gegenüber PAN deutliche Vorteile in der Kosteneffizienz und in ihrer Umweltverträglichkeit zeigen. Die mechanischen Eigenschaften der aus ihnen hergestellten Carbonfasern sind hingegen nahezu vergleichbar – sie sind ebenso zugfest, widerstandsfähig und leicht, wie es von marktgängigen Produkten bekannt ist.

Besonders interessant dürften Carbonfasern aus Wasser gesponnenen Ligninfasern für Anwendungen in der Bau- und Automobilbranche sein, die von Kostensenkungen im Produktionsprozess in hohem Maße profitieren.