Aus der Branche

Dresden - Dresdner Forscher wollen eine völlig neue Werkstoffklasse entwickeln, bei der Aktoren und Sensoren in flexible Faserverbundwerkstoffe integriert werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte dazu das neue Graduiertenkolleg 2430 „Interaktive Faser-Elastomer-Verbunde“ an der TU Dresden in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden. Sprecher ist Prof. Chokri Cherif vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden. In den nächsten 4,5 Jahren werden neben Sach- und Projektmittel insgesamt 11 Doktorandinnen und Doktoranden in 11 interdisziplinären Teilprojekten gefördert.
Ziel ist die simulationsgestützte Entwicklung intelligenter Werkstoffkombinationen für sogenannte autarke Faserverbundwerkstoffe. Dabei werden Aktoren und Sensoren in die Strukturen integriert und müssen nicht mehr wie bisher nachträglich platziert werden. So werden die Systeme robuster, komplexe Vorformungsmuster lassen sich an der gewünschten Stelle maßgeschneidert einstellen – und zwar reversibel und berührungslos. Zu diesem Themenbereich wird an der TU Dresden und insbesondere auch am ITM seit Jahren intensiv geforscht.

Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund der hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten sowie der Möglichkeit zur maßgeschneiderten Einstellung dieser Eigenschaften immer stärker in bewegten Komponenten eingesetzt. Durch die Integration adaptiver Funktionalitäten in derartige Werkstoffe, entfällt die Notwendigkeit einer nachträglichen Aktorplatzierung und die Robustheit des Systems wird signifikant verbessert. Besonders vielversprechend sind dabei Aktoren und Sensoren auf textiler Basis, wie sie am ITM erforscht und entwickelt werden, da diese direkt im Fertigungsprozess in die Faserverbundwerkstoffe integriert werden können.

Der innovative Ansatz besteht darin, die heute nicht verfügbare Werkstoffklasse der interaktiven Faser-Elastomer-Verbunde (I-FEV) mit strukturintegrierter Aktorik und Sensorik zu schaffen und wissenschaftlich zu durchdringen. Die Entwicklung von I-FEV erlaubt beispielsweise die geometrischen Verformungsfreiheitsgrade von mechanischen Bauteilen reversibel und berührungslos einzustellen und so sehr schnell und präzise auf variable Anforderungen der Umwelt zu reagieren.

Mit ihren innovativen Eigenschaften sind interaktive Faser-Elastomer-Verbunde für zahlreiche Anwendungsfelder im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Robotik, Architektur, Orthetik und Prothetik prädestiniert: Beispiele sind Systeme für präzise Greif- und Transportvorgänge (z.B. bei Handprothesen, Verschlüssen und verformbaren Membranen) und Bauteile (z.B. Trimmklappen für Land- und Wasserfahrzeuge).

Der Markt für die Herstellung von Teppichgarn entwickelt sich zunehmend hin zu anspruchsvolleren Prozessen. Jenseits von CommodityProdukten können Standardanlagen ihre Vorteile aber nicht mehr voll ausspielen. Eine wirtschaftliche Alternative zeigt Oerlikon Neumag vom 20. bis 22. März 2018 in Shanghai in Halle W3, Stand F03, auf der Domotex asia/Chinafloor, der führenden Messe für Bodenbeläge in der Region Asien-Pazifik: die BCF-Anlage Sytec One mit einfädiger Technologie.

Steigen die Anforderungen bei der Produktion von BCF-Garnen etwa aus Recyclingpolyester oder feinen Filamenten, dann kann es auch zu höheren Bruchraten kommen. Hochstandardisierte Produktionsanlagen müssen dann oftmals Kompromisse in puncto Durchsatz, Qualität oder Wirtschaftlichkeit eingehen. In solchen Fällen bietet die Sytec One eine gute Lösung anstelle der meist dreifädigen Technologie für Standardprozesse.

Einfädige Technologie mit 98% Produktivität

Diese BCF-Anlage arbeitet mit nur einem Faden pro Position und eignet sich darum besonders gut für anspruchsvolle Produktionsprozesse. Der Grund: bei einem Fadenbruch reißt nur ein Faden, alle anderen Fäden laufen weiter. Dies vereinfacht nicht nur die Fehlersuche, es reduziert auch die Wiederanlegezeit. Zusätzlich wird weniger Abfall produziert. Dadurch liegt die Produktivität der Sytec One bei zehn Brüchen am Tag immer noch bei über 98%, während eine dreifädige Technologie um die 92% erreicht.

Schnellere Prozesse durch geraden Fadenlauf

Darüber hinaus ermöglicht der absolut gerade Fadenlauf der Sytec One in Spinnerei und Texturierung deutlich höhere Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 15% gegenüber mehrfädigen Technologien. Auch lassen sich höhere Gesamttiter bis zu 6.000 dtex ohne Probleme produzieren. Die schonende Fadenführung sorgt zudem für wenig Reibung an den einzelnen Filamenten. Das bedeutet: weniger Fadenbrüche und ein stabilerer Prozess.

Optimierte Schlüsselkomponente Spinnpaket

Nicht zuletzt entwickelten die Ingenieure von Oerlikon Neumag ein neues Design für das Spinnpaket. Diese zentrale Komponente jeder BCF-Maschine beeinflusst die Garnqualität maßgeblich. Die entsprechende Lösung für die Sytec One optimiert den Polymerfluss im Spinnpaket, so dass sich die Polymerverweilzeit reduziert. Das führt zu kürzeren Produkt- und Farbwechselzeiten und steigert die Anlageneffizienz. Außerdem wurden die Spinnpakete verbreitert, so dass jetzt Garne mit bis zu 500 Filamenten produziert werden können.

Produktmix entscheidet

Angesichts dieser Vorteile empfiehlt sich die einfädige Sytec One bei Prozessen mit hohen Bruchraten, feinen Filamenten, häufigen Farbwechseln oder generell, wenn anspruchsvolle Prozesse einen immer höheren Anteil im Geschäft einnehmen. „Der Produktmix ist entscheidend für die Wahl der Technologie“, resümiert Alfred Czaplinski, Sales Manager BCF bei Oerlikon Neumag. „Wir beraten hier gerne, welche die jeweils optimale Lösung ist, und bieten sowohl einfädige als auch dreifädige Anlagen-Technologien an.“ 

Gute Geschäfte zur Domotex Hannover, Deutschland

Im Messevorfeld zeigte sich bereits die Domotex Hannover Mitte Januar als vielversprechender Vorbote. Mit vier lebhaften Messetagen und Vertragsabschlüssen im unteren zweistelligen Millionen Euro-Bereich, vorwiegend aus dem europäischen und asiatischen Markt, war der Auftragseingang für Oerlikon Neumag sehr gut.

Der Plastikmüll in den Weltmeeren ist ein stetig wachsendes Problem. Das Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung (FTB) der Hochschule Niederrhein ist jetzt an einem Verbundprojekt beteiligt, das Lösungsansätze im Bereich der Sport- und Outdoortextilien verfolgt. Konkret geht es um die Verschmutzung durch winzige textile Fasern, die sich beim Waschen lösen und mit dem Abwasser letztlich in die Weltmeere gelangen können. Sie sind mit dem bloßen Auge nicht erkennbar, schädigen marine Lebewesen und reichern sich in der Nahrungskette an.

Am 1. September 2017 fiel der Startschuss für das Verbundprojekt „TextileMission“. Das Projekt läuft über einen Zeitraum von drei Jahren und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderschwerpunktes „Plastik in der Umwelt – Quellen, Senken, Lösungsansätze“ mit rund 1,7 Millionen Euro gefördert. Als Projektpartner bringen neben der Hochschule Niederrhein folgende sieben Organisationen aus der Sportartikel-Industrie, der Waschmaschinen- und der Waschmittelbranche, der Forschung und dem Umweltschutz ihr jeweiliges Know-how ein: die adidas AG, der Bundesverband der Deutschen Sportartikel-Industrie e.V. (BSI) als Projektkoordinator, die Henkel AG & Co. KG aA, die Miele & Cie. KG, Polartec LLC, die TU Dresden, die VAUDE Sport GmbH & Co. KG und der WWF Deutschland.

An der Hochschule Niederrhein leiten die Professorinnen Dr. Maike Rabe und Ellen Bendt das Teilvorhaben „Entwicklung textiler Strukturen für den Sport- und Outdoor-Bereich mit reduzierter Partikelemission in der Textilwäsche und auf der Basis biologisch abbaubarer Polymere“.

Drei Jahre lang wird das Team am Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung daran forschen, Materialien für Textilien zu entwickeln, die möglichst wenig Mikroplastik abgeben. Die Ergebnisse werden gemeinsam mit verschiedenen textilen Forschungspartnern, der chemischen Industrie und der Waschmaschinenindustrie erarbeitet, um Produkte zu erhalten, die die Gebrauchsfunktionen für den anspruchsvollen Sport- und Outdoorsektor erfüllen können. Darüber hinaus werden sich Experten der Abwassertechnik an der TU Dresden unter anderem mit dem Abbauverhalten der Kleinstfasern durch Mikroorganismen befassen. „Wir versuchen, neue Konstruktionen für Textilien zu entwickeln, bei denen Material verwendet wird, das biologisch abbaubar ist, dennoch hohe technische Funktionalität aufweist und damit erst für die Sport- und Outdoormode geeignet ist“, verdeutlichen Prof. Dr. Maike Rabe, Leiterin des Forschungsinstituts für Textil und Bekleidung, und Projektleiterin Prof. Ellen Bendt.

Auf dem Campus Mönchengladbach wird dafür ein Wasch- und Filterlabor aufgebaut, um das Verhalten der ebenfalls an der Hochschule neu entwickelten Textilien beim Waschen zu beobachten. Geben die Stoffe beim Waschvorgang Partikel ab und hinterlassen Rückstände? Wie kann man synthetische Stoffe so entwickeln, dass sie natürlich abbaubar sind? Fragen wie diese werden in den nächsten drei Jahren in
Mönchengladbach erforscht. Um dafür zu sorgen, dass in die Betrachtung alternativer Materialien über die Mikroplastik-Problematik hinausgehende Nachhaltigkeitsfaktoren einfließen, wird es einen engen Austausch mit dem Projektpartner WWF geben. Bis September 2020 fließen 500.000 Euro Fördergelder an das Institut, das damit zweieinhalb wissenschaftliche Mitarbeiter beschäftigt. Ziel ist es, einen Beitrag zu einer saubereren Umwelt zu leisten. Wobei Rabe klarstellt: „Viel schlimmer bei der Mikroplastik-Problematik als die Textilindustrie sind die Verpackungen, der Abrieb von Autoreifen, der ins Abwasser gespült wird, sowie der Müll, der bei der Isolierung von Häusern anfällt.“

Karsten Neuwerk und Lukas Völkel vom Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University wurden während der Techtextil 2017 für ihre herausragenden studentischen Abschlussarbeiten prämiert. Die Kreativpreise erhielten die beiden Absolventen für die Entwicklung lichtleitender Fasern auf Basis nachwachsender Polymerwerkstoffe (Karsten Neuwerk) und die Entwicklung textiler Ladungsspeichersysteme durch graphenmodifizierte Polyamid-Fasern (Lukas Völkel). Die Preise sind mit einem einjährigen Förderstipendium über 250 Euro pro Monat dotiert. Peter D. Dornier, der Stiftungspräsident der Walter-Reiners-Stiftung des VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer und Vorsitzende der Geschäftsführung der Lindauer DORNIER, überreichte die Auszeichnungen auf dem Stand des VDMA anlässlich der Messe Techtextil in Frankfurt am Main.

Polymer-lichtleitende Fasern - eine echte Alternative
Doktorand Pavan Kumar Manvi betreut Karsten Neuwerk am ITA und erläutert: „Polymer-lichtleitende Fasern sind eine echte Alternative zu Glasfasern, weil sie ein geringes Gewicht haben und sehr flexibel sind. Dazu sind sie kostengünstig herzustellen und einfach und nahezu universell einsetzbar bei kurzen Lichtleitungsstrecken. Wir konnten erstmalig elastische Polymer-lichtleitende Fasern aus Kohlendioxid-basiertem Polymer entwickeln und eröffnen damit vielseitige neue Anwendungsfelder, die bisher mit den weit weniger elastischen Glasfasern nicht gefüllt werden konnten. Die neuen Anwendungsfelder liegen z. B. in der Automobilindustrie, beispielsweise in der Umrandung des Armaturenbretts oder anderen wesentlichen Teilen innerhalb des Autos mit Polymer-lichtleitenden Fasern. So kann man wichtige Bereiche im Auto aus Sicherheitsaspekten hervorheben und stilistisch neue Gestaltungselemente schaffen. Sollektoren, die Tageslicht in Räume ohne Fenster transportieren, sind ein weiteres Anwendungsbeispiel. Da die Polymer-lichtleitenden Fasern elastisch sind, ist es möglich, alle Arten von Räumen mit Tageslicht auszustatten. Eine weitere Anwendung der Polymer-lichtleitenden Fasern findet sich bei leuchtenden Textilien, z. B. für spezielle Effekte bei festlicher Kleidung. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass wir zur Verbesserung der Umweltbilanz beitragen, weil bei der Polymer-Herstellung das Treibhausgas Kohlendioxid chemisch in das Polymer eingebaut und somit verbraucht wird.“

Eindrucksvoll spiegelte die INDEX als Leitmesse der Nonwovensindustrie die Dynamik des immer anspruchsvolleren Vliesstoffmarktes wider: Mehr Besucher und Aussteller als je zuvor suchten auf diesem internationalen Fachforum in Genf vier Tage lang den intensiven Austausch. Großes Interesse der Fachbesucher galt den neuentwickelten gewebten Bändern für die Vliesformierung, - verfestigung und -trocknung der GKD – GEBR. KUFFERATH AG. Im Mittelpunkt des Messeauftritts der Gewebespezialisten standen das Formierband CONDUCTIVE® 7690 sowie beschichtete Glashybrid- Gewebe für den Einsatz in Ein- und Doppelbandtrocknern. Da sich diese Produkte bereits bei namhaften Referenzkunden in der Praxis bewähren, nutzten zahlreiche Besucher auf der Messe die Gelegenheit für vertiefende Gespräche. Die Bandbreite der ganzheitlichen Vliesstoffkompetenz von GKD verdeutlichten außerdem Filtermedien aus Metallgewebe für die Polymerfiltration sowie das neue Produktsegment Spiralgliederbänder aus eigener Fertigung. Mit einem neuen Standdesign, das die verschiedenen Anwendungsbereiche optisch gliederte, unterstrich der Weltmarktführer für Technische Gewebe seine Anziehungskraft.