Aus der Branche

Die Herstellung von Werkstoffen wie Beton oder Kunststoff ist mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden. Das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University forscht in seinen Projekten BasFlair und GreenBraid am Einsatz klimafreundlicher Alternativen aus Naturstoffen. Dafür wurden die Projekte nun von der KlimaExpo.NRW geehrt. Dr. Heinrich Dornbusch, Vorsitzender Geschäftsführer der Landesinitiative, überreichte den Projektleitern am Dienstag die offizielle Urkunde zur Aufnahme in die landesweite Leistungsschau für den Klimaschutz. Das Projekt BasFlair setzt für die Herstellung eines klimafreundlichen Betons Basaltfasern aus vulkanischem Gestein ein. Im Projekt GreenBraid verwenden die Aachener Forscherinnen und Forscher Flachs für die Produktion naturfaserverstärkter Kunststoffe. „Die beiden vorbildlichen und innovativen Projekte zeigen eindrucksvoll die Möglichkeiten, Werkstoffe energieeffizient und CO2-arm zu produzieren. Damit sind sie zwei gelungene Beispiele für den Fortschrittsmotor Klimaschutz“, sagte KlimaExpo.NRW-Geschäftsführer Dr. Heinrich Dornbusch, während er die Urkunden an Andreas Koch, Projektleiter von BasFlair, sowie an Viktor Reimer und Marie-Isabel Popzyk, Projektleiter von GreenBraid, überreichte.

Hält PCM, was es verspricht? Mit optischen Methoden konnten Unterschiede in den PCM-Modifizierungen der verschiedenen Produkte sowie bei Beschichtungen Unterschiede im Auftrag bezüglich Menge und Mischungsverhältnis festgestellt werden. Durch die Einbindung von PCM in die Fasern werden Veränderungen der textilphysikalischen Eigenschaften verursacht. So wurde bei einigen Mustern eine Verbesserung der Zugfestigkeit beobachtet. Bei anderen Mustern trat jedoch auch eine Verschlechterung auf, bedingt durch ungünstige Mischverhältnisse, unegale Spinnmassen oder auch poröses PCM in der Spinnmasse. Bei der Untersuchung der Scheuerfestigkeit war erkennbar, dass die PCM-Fasern in Zwirnen im Vergleich zum Referenzzwirn einen früheren Bruch begünstigten. Die PCM-beschichteten Textilien zeigten eine geringe Beständigkeit gegenüber Reibung und Wiederaufbereitung. Es kommt zu enormen Verschlechterungen in der Beschaffenheit und Menge der Beschichtung. Die Waschbeständigkeit der untersuchten PCM-Ausrüstung ist gering, bei vielen Mustern ist das PCM-Material nach 10 Wäschen ausgewaschen.
Die wärmeisolierenden Eigenschaften der PCM-Produkte sind unterschiedlich hoch und werden durch die Textilgrundkonstruktion beeinflusst. Für die Materialaufbauten konnte eine höhere Wärmeisolation durch Einsatz der PCM-Technologie ermittelt werden. Ursache ist nicht allein das PCM, sondern vor allem die zusätzlich eingesetzten Bindersysteme. Hierbei wurde beobachtet, dass die wärmeisolierende Eigenschaft der geprüften Materialien geringfügig größer ist, wenn die beschichtete Seite der Haut zugewandt ist. Der Wasserdampfdurchgangswiderstand wird in der Regel durch PCM-Zusatz verschlechtert und ist von der Textilkonstruktion abhängig.

Ob im Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrt – dem Leichtbau kommt für die Zukunft dieser Industriebereiche eine entscheidende Bedeutung zu. Leichtere und steifere Bauteile bewirken eine Verminderung des Treibstoffverbrauchs und führen zur Einsparung von Treibhausgasen. „In der Verarbeitung von Leichtmetallen wie Aluminium bei Gussverfahren sind wir heute allerdings an der Grenze des physikalisch Möglichen angelangt“, erläutert Cornelia Sennewald, Ingenieurin an der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden. „Der nächste Qualitätssprung zu noch einmal deutlich leichteren und dabei 2 zugleich stabileren Strukturen führt über die Herstellung sogenannter metallischer Zellen. Dabei werden Drähte so ineinander verwoben, dass superfeste Verbindungen bei gleichzeitig minimalem Materialeinsatz entstehen.“

Die noch junge Werkstoffklasse der sogenannten zellularen metallischen Materialien besitzt außerordentliches Potenzial – wobei bislang das Problem bestand, diese Zellen kostengünstig und in industriellem Maßstab zu produzieren. Sennewald gelang es im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der Technischen Universität Dresden, ein neuartiges Verfahren zu entwickeln und diese komplexen 3D-Strukturen auf handelsüblichen Webmaschinen herzustellen. „Dank des neuen Verfahrens konnte ich Metallfäden und -drähte statt in den üblichen 2D-Strukturen auch zu 3D-Strukturen verbinden, und zwar in ganz unterschiedlichen Größen und Formen“, erläutert Sennewald. „Außerdem gelang es mir – das war ein zweiter großer Schritt nach vorn –, andere Leichtbaustoffe wie Carbon-Fasern mit zu verweben, was ganz neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet.“ Die hybride Verbindung von Metallen und Kunststoffen bietet ein weiteres breites Spektrum ableitbarer Anwendungen. „Wir denken an Crash-Elemente, die eine extrem hohe Steifigkeit besitzen und zudem hohe Temperaturen aushalten. Wir könnten auf diese Weise beispielsweise die Betonstrukturen von Gebäuden verstärken, um sie widerstandsfähiger gegen Erdbeben zu machen. Oder sie besser gegen Explosionen schützen. Bei bestehenden Gebäuden könnte hier ein entsprechender Materialauftrag infrage kommen, bei Neubauten könnten die von uns entwickelten zellularen Webstrukturen gleich mit in den Bau einbezogen werden.“

Die Hochschule Niederrhein präsentiert ab heute ihre breitgefächerte textile Kompetenz auf der Techtextil 2017 in Frankfurt, der Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe. Auf einem eigenen Stand präsentieren Prof. Dr. Eberhard Janssen und Prof. Dr. Lutz Vossebein den Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik, das Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung und die Öffentliche Prüfstelle.

Von heute, 9. Mai, bis Freitag, 12. Mai, zeigt die Hochschule an ihrem Stand (Halle 3.1 Stand A39) neue Entwicklungen wie Durchstichsensoren, leuchtende Fassaden, 3D-Simulation oder Kernmantelverbundwerkstoffe. Daneben geht es auch um allgemeine Informationen zu den Studiengängen am Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik. Den 60 Quadratmeter großen Stand teilt sich die Hochschule Niederrhein mit dem Mönchengladbacher Unternehmen Textechno und dem österreichischen Unternehmen Lenzing Instruments, beides Hersteller von Mess- und Prüfgeräten für Fasern.
Außerdem ist Prof. Dr. Michael Ernst mit dem Virtual Lab des Fachbereichs in Halle 4 mit einem eigenen Stand vertreten und zeigt die nächste Generation der Produktentwicklung, die zunehmend digital geprägt ist. Die Bereiche Avatargestaltung mittels Body-Scanning-Technologien, Erfassung von Materialparametern für die Simulation, virtuelles Prototyping und die Implementierung der Technologien in einen industriellen Produktentwicklungsprozess stehen hierbei im Fokus und werden mit neuesten 2D und 3D CAD-Technologien umgesetzt.