Aus der Branche

Auf der diesjährigen Techtextil in Frankfurt wird die Textildruckerei Mayer ihre neusten Projekte aus dem Bereich der intelligenten Beschichtungen präsentieren. Neben einem adaptiven Heizsystem, angeregt durch Druckbelastung, wird das Unternehmen leitende, leuchtende oder heizende Beschichtungen zeigen. Bereits etablierter Bestandteil des Mayer-Portfolios ist die Keramikbeschichtung CERAPUR, die für immer neue Anwendungen geeignet ist. Gleiches gilt für Sieb- und Digitaldruck, die in schlauer Kombination neue Farbwelten eröffnen. Kunden, Fachbesucher und Interessierte finden die Textildruckerei am Stand J67 in Halle 3.1.

• Mit einem Festakt haben Dr. Eva-Maria Stange, Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst des Freistaates Sachsen, Prof. Gerhard Rödel, Prorektor für Forschung der Technischen Universität Dresden, Prof. Hubert Jäger und Prof. Chokri Cherif am 02.11.2018 das Carbonfaser-Technikum des Research Center Carbon Fibers (RCCF) eröffnet.

Das RCCF, eine gemeinsame wissenschaftliche Einrichtung des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) und des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden, wurde gegründet, um die Carbonfasern vom Faserrohstoff bis zum fertigen Bauteil zu erforschen und neue Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken.

„Sachsen verfügt in der Schlüsseltechnologie Werkstoff-, Material- und Nanowissenschaft über hervorragende Rahmenbedingungen und hoch motivierte Wissenschaftler an Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in dieser Spezialisierung weltweit ihresgleichen suchen“, erklärt dazu Staatsministerin Dr. Stange. „Beinahe alle Materialklassen von Metallen, Polymeren, Keramiken bis hin zu Verbund- und Naturwerkstoffen werden auf international hohem Niveau bearbeitet. Dabei greifen Grundlagen- und Angewandte Forschung in zahlreichen Feldern eng ineinander und bilden geschlossene Entwicklungsketten bis zu einem Transfer in die Wirtschaft – regional, national und international.“

Der Prorektor für Forschung der TU Dresden, Prof. Gerhard Rödel, ergänzt: „Mit dem Carbonfaser-Technikum ist im Research Center Carbon Fibers eine weltweit einzigartige Anlage entstanden, die völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Es geht darum, Fasern mit einem möglichst hohen Individualisierungsgrad zu designen – je nach Bedarf und Einsatzbereich.“

Auf der derzeit installierten, einzigartigen Anlage erforschen Wissenschaftler des RCCF unter Reinraum-Bedingungen die Grundlagen für maßgeschneiderte Kohlenstofffasern und erschließen deren hohes Innovationspotential. Dabei greifen die Forscher auf einzelne Anlagenmodule zur Stabilisierung und Carbonisierung mit industrienahem Ofendesign und individuell einstellbaren Parameterkombinationen zurück. Durch den außerordentlichen Reinheitsgrad sind die Carbonfasern für die Anforderungen der Luft-/Raumfahrt- und der Automobilindustrie maßgeschneidert.

„Die Carbonfaser ist der Stahl des 21. Jahrhunderts“, führt Prof. Hubert Jäger, Sprecher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), aus. „Ganze Branchen erfinden sich derzeit durch diesen Werkstoff neu und erreichen mit ihren Produkten nie gedachte Dimensionen. Das Problem ist jedoch die Verfügbarkeit. Wir werden mit dem Carbonfaser-Technikum einen Beitrag dazu leisten, dass aus Sachsen heraus dieser Werkstoff nicht nur leichter verfügbar, sondern auch besser und maßgeschneidert einsetzbar wird für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau, Architektur und Hochleistungselektronik.“

„Mit der Inbetriebnahme des Carbonfaser-Technikums unter Reinraumbedingungen am RCCF gelingt es uns, die Prozesskette zur Fertigung maßgeschneiderter Kohlenstofffasern signifikant zu erweitern. Die notwendigen Maschinentechniken des ITM einschließlich der bereits gewonnenen Erfahrungen bei Prozessoptimierungen zur Herstellung von Precursorfasern, dem Ausgangsmaterial für die neuen Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien, stehen in künftigen Forschungsvorhaben den Wissenschaftlern des RCCF zur Verfügung. Somit geben wir am exzellenten Forschungsstandort Dresden die Initialzündung für die weiterführende Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Kohlenstofffasern“, ergänzt Prof. Chokri Cherif, Direktor des ITM und Inhaber der Professur für Textiltechnik.

Das Carbonfaser-Technikum umfasst einen mehr als 300 m² großen Reinraum der Klasse ISO 8. Neben den beiden auf etwa 30 Metern aufgestellten Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien sind weitere Flächen für künftige Erweiterungen der Gesamtanlage vorgesehen, zum Beispiel ein weiterer Hochtemperaturofen, in dem Carbonfasern bis zu Temperaturen über 2000°C graphitierbar sind oder unikale Beschichtungsanlagen zur Oberflächenaktivierung.

Die RCCF-Wissenschaftler ergründen die Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern, Faserstruktur und weiteren mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bei der Herstellung von Carbonfasern, um die Fähigkeiten des Hightech-Werkstoffes weiter zu steigern. Zusätzlich nehmen die Forscher die Entwicklung multifunktionaler Fasern mit neuartigen Eigenschaftsprofilen wie hohe Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit oder ausgeprägter Verformbarkeit sowie die Nutzung erneuerbarer Ausgangsstoffe in den Fokus ihrer Arbeiten.

Ein weiterer Schwerpunkt der RCCF-Aktivitäten ist die tiefgreifende studentische Ausbildung im Bereich der Carbonfaser-Herstellung. Den Studierenden werden dabei fundierte Kenntnisse in Herstellung und Weiterverarbeitung von Carbonfasern vermittelt, damit sie in diesem Bereich der Zukunftstechnologien dem sächsischen und deutschen Arbeitsmarkt zur Verfügung stehen. Etwa 15 Studierende werden pro Jahr in Forschungsbereiche wie die Prozessführung, -modellierung und -überwachung sowie die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung neuer Carbonfasern und Verbundwerkstoffe einbezogen.

Mitarbeiterin des Fraunhofer ISC ausgezeichnet

Am 23.1.2018 begann in Davos das Weltwirtschaftsforum. Passend dazu präsentiert die 2016 gegründete New Plastics Economy Initiative der Ellen MacArthur Stiftung die Gewinner der »Circular Materials Challenge« als Teil ihres Innovationspreises. Auf der Suche nach neuen Wegen, der rasant steigenden Ansammlung von Plastikmüll im Meer und der Umwelt entgegenzuwirken, werden insgesamt fünf Projekte mit einem Teil des insgesamt mit einer Million Dollar dotierten Preises ausgezeichnet. Mit dabei ist die Entwicklung der bioORMOCER®e von Dr. Sabine Amberg-Schwab vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC. Das Würzburger Forschungsinstitut ist immer wieder ganz vorn dabei, wenn es um die Entwicklung nachhaltiger Materialien, Technologien und Produkte geht, die zur Lösung der großen weltweiten Herausforderungen beitragen können.
 
Im Jahr 2015 erschien im renommierten Wissenschaftsmagazin Science ein viel beachteter Artikel über den Mülleintrag in die Weltmeere. Zwei Jahre später, im November 2017, wies Dame Ellen Mac Arthur, die Gründerin der gleichnamigen Stiftung, in einem Editorial in genau dieser Zeitschrift auf die immer noch ebenso erschreckende Menge von acht Mio Tonnen Plastikmüll hin, die jährlich neu in unsere Ozeane gelangen. Und es ist damit zu rechnen, dass sich die Produktion von Plastik in den nächsten zwanzig Jahren nochmals verdoppelt. Bisher wird nur ein geringer Teil gesammelt und wiederverwendet – ein enormer Verlust an Wertstoffen einerseits und andererseits ein großes Umweltproblem. Eine Lösung könnten neue Verpackungsmaterialien auf der Basis nachwachsender Rohstoffe – sogenannte Biopolymere – sein, die kompostierbar sind. Bisher waren solche Materialien für Lebensmittelverpackungen eher ungeeignet, weil sie durchlässig sind für  Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe.
»Das weltweite Problem des Verpackungsmülls hat uns auch hier im Fraunhofer ISC nicht mehr losgelassen und wir haben nach einer Lösung gesucht«, beschreibt Dr. Sabine Amberg-Schwab, Preisträgerin der Circular Materials Challenge 2018, ihre Motivation. Sie und ihr Team haben langjährige Expertise bei der Entwicklung von Barriereschichten auf Verpackungsfolien für Lebensmittel, um Qualität und Haltbarkeit der verpackten Lebensmittel zu verbessern. Diese Beschichtungen auf der Basis spezieller Hybridpolymere, genannt ORMOCER®e, schützen gegen Wasserdampf und Gaszutritt sowie gegen den unerwünschten Übergang von Fremdstoffen auf den Verpackungsinhalt.
 
Seit einigen Jahren arbeiten die Forscher nun an kompostierbaren Barriereschichten, die Biopolymeren zu einem Durchbruch für ihren zukünftigen Einsatz als nachhaltige und umweltschonende Verpackungswerkstoffe einer neuen Generation verhelfen können. »Unsere bioORMOCER®e beseitigen die Schwächen der Biopolymere und machen sie fit für die hohen Anforderungen an zuverlässiges Verpackungsmaterial«, erläutert Amberg-Schwab. Neben der Aufgabe, die verpackten Lebensmittel zu schützen, sorgen die bioORMOCER®e auch dafür, dass die eigentliche Verpackungsfolie aus Biopolymer sich nicht vorzeitig zersetzt.
 
Diese Entwicklung wird nun von der Ellen MacArthur Foundation ausgezeichnet. Prof. Gerhard Sextl, Leiter des Fraunhofer ISC, betont: »Für unsere Forschung ist der nachhaltige Umgang mit Ressourcen oberstes Gebot. Wir sind sehr stolz, dass unser Team mit dem New Plastics Innovation Prize ausgezeichnet wird – und wir sind stolz darauf, mit unseren Arbeiten dazu beitragen zu können, dass sich zukünftig die Umweltbelastung durch den Verpackungsmüll verringert«.
 
Derzeit arbeiten Amberg-Schwab und ihr Team gemeinsam mit der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS und weiteren Partnern im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts HyperBioCoat an einem Verfahren, um aus pflanzlichen Lebensmittelresten die Ausgangsstoffe für bioORMOCER®e zu gewinnen, sodass keine wertvollen landwirtschaftlichen Erzeugnisse in Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung dafür verbraucht werden müssen.
 
Mehr zum EU-Projekt HyperBioCoat unter http://hyperbiocoat.eu/

• Investitionen in nachhaltige Lack- und Klebstoffrohstoffe
• Neue Anlagen in Dormagen und Barcelona
• Deutliche Kapazitätssteigerung in Europa
• Erweiterte Produktion in China und den USA
• Vielfältige Anwendungen in Autos, Möbeln, Textilien und Schuhen

Covestro hat am Standort Dormagen eine neue Produktionsanlage für wässrige Polyurethan-Dispersionen (PUDs) in Betrieb genommen. Zusammen mit einer aktuellen Produktionserweiterung in Barcelona steigert das Unternehmen damit seine Kapazitäten in Europa signifikant. Um den weltweit wachsenden Bedarf zu decken, entsteht zurzeit auch eine neue Anlage in China, während die Produktion in USA wieder in Betrieb genommen und dabei modernisiert und erweitert werden soll.

Die neuen Kapazitäten sollen vor allem die steigende Nachfrage aus der Lack- und Klebstoffindustrie befriedigen: Weiterhin setzen Hersteller auf einen Ersatz lösemittelbasierender Produkte durch nachhaltigere wässrige Systeme mit gleich guten Eigenschaften. Die Entwicklung wird auch durch Vorschriften zur Senkung der Emissionen flüchtiger organischer Komponenten (VOC) vorangetrieben.

Führend bei Kapazität und Service

„Mit diesen Investitionen bereiten wir uns auf den weiterhin steigenden Bedarf an Polyurethan-Dispersionen vor und bauen unsere weltweit führende Position aus“, sagt Michael Friede, globaler Leiter des Segments Coatings, Adhesives, Specialties bei Covestro. „Dank unserer vielseitigen Produktion sind wir zugleich flexibel und können viele verschiedene Anforderungen erfüllen.“

Darin liegt auch der Schlüssel zu dem umfassenden Sortiment an PUDs, das Covestro anbietet. „Die maßgeschneiderten Produkte ermöglichen viele Anwendungen in ganz verschiedenen Branchen“, erläutert Michael Friede. „Damit schaffen wir Wachstumschancen und stärken die Wettbewerbsfähigkeit unserer Kunden.“

Covestro ist der global führende Anbieter von PUDs und nimmt auch in der Forschung und Entwicklung sowie bei Prozesstechnologien eine Spitzenposition ein. Überall auf der Welt unterstützt das Unternehmen Kunden mit technischem Service.

Vielseitige Anwendungen

Polyurethan-Dispersionen sind sehr vielseitig einsetzbar. Produkte der Reihen Bayhydrol® UH, U und UV sowie Bayhytherm® sind zum Beispiel Bestandteil von Basislacken für die Erst- und Reparaturlackierung von Automobilen, außerdem von Holz- und Möbellacken sowie robusten Fußbodenbeschichtungen. Mit Dispercoll® U formulierte Klebstoffe finden Anwendung in der Möbel- und Schuhherstellung sowie in der Autoindustrie.

Auch bei der Herstellung von beschichteten Textilien und Polyurethan-Synthetiks spielen die lösemittelarmen Rohstoffe unter dem Namen Impranil® eine wichtige Rolle. PUDs des Baybond® Sortiments sorgen in Form von so genannten Glasfaserschlichten für robuste Kunststoff-Composites (glasfaserverstärkte Kunststoffe). Die Filmbildner haften sehr gut auf den Fasern, sind aber trotzdem elastisch genug, um im Verbund mit thermoplastischen Kunststoffen die nötige Stabilität zu gewährleisten.

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.

Am 3. April hat die IHK Heilbronn-Franken das Projekt GRAFAT mit dem Forschungstransferpreis 2017 in Silber ausgezeichnet. Dr. Andreas Schmidt, stellvertretend für das Team um Projektleiterin Dr. Bianca Wölfling am Hohenstein Institut für Textilinnovation gGmbH, und Dr. Thomas Schubert von der Heilbronner IOLITEC Ionic Liquids Technologies GmbH nahmen die mit 5.000 Euro dotierte Auszeichnung entgegen. Die IHK-Jury würdigte damit die gemeinsame Arbeit der beiden Projektteams, deren Ziel die Entwicklung einer neuartigen Graphen- Beschichtung ist, die sich gleichmäßig und dauerhaft auf Textilien aufbringen lässt. Durch seine flammhemmende Wirkung und superdünne Beschaffenheit bei gleichzeitig hoher Flexibilität und Bruchfestigkeit eignet sich Graphen beispielsweise für den Einsatz bei persönlicher Schutzausrüstung (PSA) für Feuerwehrleute. Im Gegensatz zu derzeit üblichen Beschichtungen verspricht Graphen verbesserte Flammschutz- und Trageeigenschaften und ist dabei wesentlich umweltfreundlicher.

Graphen ist eine einlagige Kohlenstoffschicht von der Dicke eines Atoms und hat die Form einer aus einzelnen Sechsecken bestehenden Honigwabe. Der transparente, nur unter einem Rasterelektronenmikroskop erkennbare Werkstoff ist extrem strom- und wärmeleitfähig, zugfester als Stahl und abriebbeständig. Während sich die Forschung bislang vor allem auf die Leitfähigkeit des Materials konzentriert hat, fand die Anwendung von Graphen im textilen Sektor kaum Beachtung. Im Rahmen eines EU-Forschungsvorhabens beschäftigen sich die Hohenstein Wissenschaftler und die Firma IOLITEC im deutschen Teilprojekt GRAFAT seit 2015 mit der „Oberflächenmodifizierung von Textilien mittels Graphen“. Während IOLITEC für die Überführung verschiedener Graphen-Modifikationen in stabile wässrige Dispersionen verantwortlich zeichnet, untersuchen die Hohenstein Experten, wie sich unterschiedliche textile Oberflächen mit den wässrigen Lösungen dauerhaft ausrüsten lassen. Darüber hinaus wird in Hohenstein die Eignung der Graphen-Beschichtung für Hitzeschutzbekleidung ermittelt.