From the Sector

Das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, kurz ITA, zeigt auf der Composites Europe in Stuttgart vom 06.-08. November Produkte, Bauteile und Maschinen entlang der Faserverbundprozesskette. Das ITA präsentiert sich auf dem Stand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau (AZL) in Halle 9, Stand E70. Anhand verschiedener Demonstratoren werden ausgewählte innovative Prozesse und Produkte über die einzelnen Schritte hin dargestellt. Die Exponate stammen aus unterschiedlichen Anwendungsfeldern: Von Mobilitätsanwendungen bis hin zur Baubranche. Anbei ein Beispiel aus dem Baubereich:

Durch den Barhocker aus Beton mit hybrider Carbon-Textilbewehrung beweist das ITA, dass Textilbetonelemente eine enorme geometrische Gestaltungsfreiheit ermöglichen und gleichzeitig einfach herstellbar sind. Bislang war die manuelle Positionierung der Textilbewehrung zeitaufwändig und komplex, da zulässige Toleranzen im Millimeterbereich liegen. So trug die Fertigung hauptsächlich zu den hohen Kosten von Textilbeton bei.

Am ITA wurde gemeinsam mit den beiden Industriepartnern Albani Group GmbH & Co. KG und DuraPact 2.0 Kompetenzzentrum Faserbeton GmbH eine neue Hybridbewehrung mit integriertem Ab-standshalter entwickelt. Diese Hybridbewehrung senkt die erforderliche Zeit zur Positionierung der Bewehrung um bis zu 60 Prozent und macht den Werkstoff damit deutlich wettbewerbsfähiger.

Die kostengünstige, hybride Bewehrung enthält einen integrierten Abstandshalter und ermöglicht damit die einfache Positionierung von trockenen und beschichteten Bewehrungen. Durch den integrierten Abstandhalter lassen sich schnell mehrere Bewehrungslagen stapeln, wodurch der gewünschte Bewehrungsgrad einstellbar ist. Die Hybridbewehrung besteht aus einem Carbon- oder Glasfasergitter, das mit einer durchlässigen Matte aus Polyamid gefügt ist und in naher Zukunft bei den Industriepartnern als Rollenware erhältlich ist.

The Mechanical Engineering Industry Association (VDMA) has awarded two prizes to graduates of the Institut für Textiltechnik (ITA) of RWTH Aachen University - the dissertation prize and the creativity prize of the Walter Reiners Foundation of German Textile Machinery 2018. ITA alumnus Dr Benjamin Weise was awarded the dissertation prize for the development of novel fibres for textile charge storage devices. For their work on a guide to 4D product design, Jan Merlin Abram and Aalon Tal (both ITA students) were honoured with the creativity prize. The dissertation prize is endowed with €5,000 whilst the creativity prize contains a one-year scholarship of €250 per month. Peter D. Dornier, President of the Walter Reiners Foundation and Chairman of the Management Board of Lindauer DORNIER, presented the awards on the 18 September 2018 at the 18th Textile Machinery Forum in the Digital Capability Center in Aachen, Germany.

Graphene revolutionizes all-in-one - supercaps, reduction of terahertz radiation and antistatics

In his dissertation "Development of graphene-modified multifilament yarns for the production of textile charge storage devices", laureate Dr Benjamin Weise developed novel fibres made of polyamide and graphene and further processed them into textile surfaces. The newly developed polyamide graphene fibres are featuring a multitude of advantages:

• Due to their high performance in the charge storage area, they are predestined for use in double-layer capacitors, so-called super capacitors, or supercaps in short. Compared to lithium-ion batteries, supercaps offer significantly higher power density and a longer lifetime as no chemical reactions are taking place. towing to the graphene platelets in the filaments, it is now possible for the first time to integrate a charge storage device directly into a textile without having to sew in a rechargeable battery. This new fibre is therefore suitable for prospective use in smart textiles, for instance in a textile defibrillator.
• The new graphene-modified polyamide fibres can attenuate inident terahertz radiation up to 25 % of their original intensity. Terahertz radiation, for example, offers transmission rates of 100 Mbit/sec and is therefore of high interest for high-performance wireless communication. However, the radiation could damage sensible electronics as in aircrafts if this technology will be used widespread. Consequently, the shielding of the radiation is of high importance, e.g. in the form of fibre composite components in the aircraft, which protect the on-board electronics.
• As the fibres are showcasing a dissipative electrical conductivity, personal protective equipment is another prospective field of application.  

The development of a pilot process for graphene-modified fibres and the production of textile demonstrators are novel and disruptive attainments of Dr Weise’s PhD thesis and the reason for the award ceremony to him. Due to its outstanding properties, the European Union is funding research on graphene within the frame of the "Graphene Flagship" with an overall budget of one billion Euro (source: http://graphene-flagship.eu/project/Pages/About-Graphene-Flagship.aspx).

Modular product design of 4D products is now possible in simplified form

How can three-dimensional products change their shape over time and thus become "four-dimensional"? The students Jan Merlin Abram and Aalon Tal provide answers to this question in their project work "Leitfaden zur Auslegung hybrider morphender Textilien am Beispiel eines Scharniers" (Guidelines for the Design of Hybrid Morphing Textiles Using the Example of a Hinge), for which they were awarded the creativity prize. In their work, the students offer a guideline for the development of a four-dimensional textile from the idea to the demonstrator. Four-dimensional textiles, for example, consist of a hybrid material of elastic textile on which three-dimensional structures are printed. The fourth dimension describes the change in shape and/or a property over a defined period of time (= morphing).  This change is caused by external influences such as light and heat.

Every year, the Foundation of the German Textile Machinery awards prizes for the best dissertation, diploma or master's thesis and the creativity prize for the smartest student research project. Further prizes were awarded to Eric Otto, ITM Dresden, and Susanne Fischer, Reutlingen University.

Packaging solution made of 100% plastic recyclate delivers circular economy proof point
Borealis, a leading provider of innovative solutions in the fields of polyolefins, base chemicals and fertilizers, announces the successful launch of a new packaging solution produced entirely with post-consumer recycled (PCR) material. Developed in close collaboration with the German consumer and industrial goods company Henkel and two additional value chain partners, this truly sustainable packaging solution is further evidence of how mtm plastics GmbH, a member of the Borealis Group, is helping increase the circularity of plastics. The launch has significance for the consumer goods industry because the robustness of this new packaging solution provides further evidence that plastic recyclate is indeed suitable for a variety of demanding packaging applications, in this case a popular adhesive brand marketed by Henkel.

Value chain collaboration yields plastic bottle and nozzle composed of 100% PCR material
In 2016, Borealis acquired leading German recycler mtm plastics GmbH, which is now a member of the Borealis Group. By leveraging their respective areas of expertise and decades of experience as a virgin polyolefins producer and “upcycler”, respectively, Borealis and mtm plastics are exploring new growth opportunities with joint forces.

A success story originating from this exploration is a recently completed pilot project with Henkel, the global leader for adhesives, sealants and functional coatings. The companies have worked to develop a new packaging solution based on recycled material for the Made-at-Home all-purpose glue bottle and cap, which Henkel is marketing under its well-known Pattex brand.  The aim was to replace the virgin plastic material traditionally used for this packaging with a recyclate-based resin. The resin, however, had to fulfil the diverse material demands for packaging of an adhesive product.

After extensive and joint application development, a new bottle was developed with the proprietary mtm product Purpolen® PE, a high-quality polyethylene regranulate produced by mtm at its facilities in Niedergebra, Germany. Value chain partner KKT Kaller Kunststoff Technik GmbH, a plastics processor also based in Germany, manufactured the bottles. For the three separate components of the adjustable applicator nozzle, which is used for both filigree and wide-area gluing, high-quality Purpolen® PP polypropylene regranulate produced by mtm was identified as the ideal solution. German plastic components manufacturer bomo trendline Technik GmbH produced the applicator nozzles.

The new Pattex Made-at-Home packaging solution successfully passed extensive application tests, including a three-month storage test and other tests of mechanical properties. It was launched on the European market in 2018.

“Our commitment to leadership in sustainability is deeply embedded in our companies´ values,” explained Matthias Schaefer, Project Manager for Global Packaging Engineering at Henkel Adhesive Technologies. “We are at the forefront of the industry when it comes to new sustainability strategies in packaging.  Thus, we identified Pattex Made-at-Home as a candidate for exploring the use of recyclate instead of virgin plastics. This constructive collaboration with our partners proves the viability of 100% PCR material for an adhesive product like Made-at Home. It also underscores our efforts at Henkel to drive leadership in sustainability in the consumer goods sector.”

“As a virgin polyolefins producer, Borealis is thrilled to be among the pioneers in using plastic recyclate in new applications,” says Günter Stephan, Head of Borealis Circular Economy Solutions. “Even though momentum is gaining in the drive to increase the circularity of plastics, we still need to prove without a doubt within the industry that using recyclates – and even 100% PCR – is a suitable and effective option, even for demanding applications. Thanks to this successful value chain cooperation with our partners Henkel, KKT and bomo, we are giving plastics a second life and are thus one step closer to the goal of a more circular economy of plastics.”
 

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).

Dresden - Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier besuchte die Preisträger des Zukunftspreises 2016 und den Standort des Carbonbeton in Dresden

Im Rahmen seines zweitägigen Antrittsbesuchs in Sachsen war Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier am 14. November 2017 an der TU Dresden zu Gast. Gemeinsam mit seiner Frau Elke Büdenbender informierte er sich vor Ort über den prämierten Zukunftswerkstoff Carbonbeton.

In einer anschaulichen Präsentation informierten die Preisträger des Zukunftspreises 2016 – der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation, Professor Chokri Cherif, Direktor des Institutes für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden, der emeritierte Professor Peter Offermann, Vorstandsvorsitzender des Verbandes Tudalit und Beirat im Deutschen Zentrum Textilbeton und Professor Manfred Curbach, Direktor des Institutes für Massivbau der TU Dresden, über das zukunftsträchtige Material Carbonbeton und das dazugehörige Großforschungsprojekt C³ – Carbon Concrete Composite.

Dabei überzeugte sich das Bundespräsidentenpaar in vertiefenden Gesprächen mit Dresdner Wissenschaftlern von den ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Vorteilen des innovativen Verbundwerkstoffes. Mithilfe der zahlreichen Demonstratoren, die das Material von der Entstehung bis zum fertigen Produkt darstellen, konnten die besondere Leichtigkeit und Formbarkeit von Carbonbeton eindrucksvoll veranschaulicht werden.

Die Weichen für den Erfolg des Carbonbetons wurden bereits 1993 von Professor Offermann an der TU Dresden als Erfinder des Textilbetons gestellt. Aus dieser Vision entstand der erste Sonderforschungsbereich, welcher maßgeblich von der Innovation des ITM geprägt war. Gemeinsam haben die drei prämierten Carbonbetonforscher Cherif, Offermann und Curbach die Forschungsaktivitäten zum Einsatz von Carbon als textile Bewehrung im Beton in zahlreichen weiteren interdisziplinären Forschungsprojekten stetig vorangetrieben. Schon seit 2006 werden deutschland- sowie weltweit alte Bauwerke, oder auch riesige Silos mit Carbonbeton verstärkt.

Der Baustoff Carbonbeton stellt also nicht nur eine Innovation für den Standort Dresden dar, sondern wird weltweit immer wichtiger. Darüber hinaus fördert seit 2014 das Bundeministerium für Bildung und Forschung den gegründeten Verein C³ – Carbon Concrete Composite e. V. mit einem Gesamtprojektvolumen von ca. 80 Millionen Euro. Der C³ e. V. ist ein interdisziplinäres Netzwerk aus mehr als 150 Partnern aus den Bereichen Wirtschaft, Wissenschaft und Verbänden, die gemeinsam die Einführung des Materials auf dem Markt vorantreiben. Wissenschaftler des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden bearbeiten mehrere Teilvorhaben federführend und sind in weiteren Teilvorhaben maßgeblich als Projektpartner integriert.

Prof. Dr. Konstantin Kornev, Clemson University, USA, hat am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH-Aachen University einen Vortrag über biologisch inspirierte, Faser-basierte Nanofluidik gehalten. In einem sehr lebendigen Vortrag zeigte er auf, wie durch Butterfly proboscis, eine flexible Faser, die als Fütterungsgerät von Schmetterlingen und Motten dient, die Rolle der Oberflächenmorphologie und Chemie dieser komplexen multifunktionellen Fasern zu verstehen ist. Hierbei konnte er mit Hilfe der Röntgenphasen-Kontrast-Bildgebung, der Hochgeschwindigkeitsoptischen Bildgebung und von magnetischen Sonden komplexe Mechanismen von Fluid- und Rüssel-Wechselwirkungen nachweisen. Mit den Grundprinzipien des Rüssel-Funktionierens demonstrierte er anschaulich in dem Vortrag, wie flexible Faser-basierte Sonden für den Transport von kleinen Mengen an Flüssigkeiten entworfen und produziert wurden. Garne aus Nanofasern mit entsprechender Porosität haben außergewöhnliche Fähigkeiten, unterschiedliche Flüssigkeiten zu transportieren. Einige Biotechnologie-Anwendungen von Faser-basierten Sonden wurden im Vortrag gezeigt.

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.“

Jochen Adler, Vice-President und Chief Technology Officer der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG, überreichte im Mai Prof. Dr. Thomas Gries, Leiter des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University, einen Oerlikon Barmag Take-Up Wickler als Teilschenkung. Der neue Wickler vom Typ ASW602 ersetzt den vorherigen Barmag Take-Up Wickler des Institutes und ist mit moderner Steuerungssoftware und Bedienoberfläche ausgestattet. Durch diese Modernisierung steht dem Institut für Textiltechnik ein Take-Up Wickler der neusten Generation für die vielfältigen Forschungsprojekte zur Verfügung. Der neue Wickler wird an den beiden Pilotschmelzspinnanlagen des ITA verwendet und gewährleistet die Übertragung neuer Erkenntnisse aus der Forschung und Entwicklung vom Labor- in den Pilotmaßstab. Dazu verfügt er über zwei Wickelpositionen und läuft mit Wickelgeschwindigkeiten von 2500 m/min bis 5500 m/min. Geeignet ist der neue Wickler für unterschiedliche Polymere von Polypropylen über Polyethylen, Polyester, Polyamid etc. und Garntypen wie z. B. Industriegarn, vorverstrecktes und vollverstreckte Garne.

„Wir bedanken uns herzlich für die großzügige Teilschenkung durch Oerlikon Barmag und die Unterstützung während der Inbetriebnahme des neuen Take-Up Wicklers“, freut sich Prof. Dr. Thomas Gries. „Durch die neue Ausstattung wird der Maschinenpark des Institutes auf einem modernen und leistungsfähigen Niveau gehalten.“ Und Chemiefasertechnik-Bereichsleiter Dr. Thorsten Anders ergänzt: „Dieser Wickler ist speziell auf die Anforderungen in der Chemiefaserforschung zugeschnitten. Er ermöglicht Forschung und Entwicklung auf dem Stand der Technik und die Produktion im Pilotmaßstab. Wir werden ihn für die Schmelzspinnanlagen im Einkomponenten- und Zweikomponenten-Spinnprozess verwenden. So können wir auf eine große Spanne an produzierbaren Garneigenschaften zurückgreifen.“

Das ITA zeigt auf dem Elmatex-Stand D05 in Halle 3.0 die Exponate „PolyTube“, „ScaffBag“, „Tailored Non-crimp Fabrics (T-NCF)“ und „Hybridvliesverstärktes Polyamid-Blech“. Diese Exponate demonstrieren, wie textile Gelegestrukturen maßgeschneidert ausgelegt, Stapelfaservliese aus Carbon mit einer 3D-Struktur erstmalig als Verstärkungsstruktur eingesetzt, wie die elektronischen Leitfähigkeit von Carbonfasern genutzt und recycelte Carbonfasern verwendet und wie ein Airbag für eine persönliche Schutzausrüstung im Baugewerbe gegen Absturz sichern kann.