From the Sector

Wissenschaftsteams des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) forschen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) an Wegen, die Textilindustrie von fossilen auf biobasierte Rohstoffe, Ausrüstungen sowie neue umweltfreundliche Verfahren umzustellen, um auf diese Weise, die gesamte textile Wertschöpfungskette zu transformieren.

Die Fäden dafür laufen im Innovationsraum BIOTEXFUTURE mit einer Vielzahl an einzelnen Textilforschungsprojekten zusammen. Die enge Verknüpfung von universitärer mit anwendungsnaher Forschung und marktrelevanter Umsetzung mit Wirtschaftsunternehmen soll dazu führen, dass der Textilindustrie die Wende zu einem zukunftsfähigen biobasierten Wirtschaften zielgerichtet gelingen kann.

Erste konkrete Ergebnisse ausgewählter Projekte präsentiert BIOTEXFUTURE auf den Gemeinschaftsstand Bioökonomie des BMBF auf der Hannover Messe (22. bis 26.4.2024) sowie auf der fast zeitgleich stattfindenden Internationalen Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe, Techtextil, in Frankfurt / Main (23. bis 26.4.2024). Folgende Projekte werden vorgestellt:

• BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün (Hannover Messe / Techtextil)
• CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂ (Hannover Messe / Techtextil)
• DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien (Techtextil)
• BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio (Hannover Messe / Techtextil)

BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün
Die Forscher*innen des Projekts BioTurf arbeiten an der Lösung eines Problems, mit dem hunderte von Städten und Gemeinden konfrontiert sind. Ziel ist es, eine Kunstrasenstruktur aus Bio-Polyethylen (PE) zu entwickeln, das sich qualitativ nicht von erdölbasiertem PE unterscheidet. Diese Monomaterial-Struktur soll ein hochwertiges Materialrecycling ermöglichen. Eine wichtige Basis für die spätere Kreislaufführung des Produktes. Darüber hinaus wird die neuartige Kunstrasenstruktur ohne die Zugabe von Einstreu-Granulat auskommen und damit das aktuelle Mikroplastik-Problem von Kunstrasenplätzen lösen. Es existiert bereits ein BioTurf-Fußballplatz in Aachen als Demonstrationsspielfeld, auf denen Sportler*innen spielen und trainieren, und dadurch die Forscher*innen regelmäßig Rückmeldung bekommen. Man befindet sich in der Phase der Feinjustierung, um das Ziel zu erreichen den Kunstrasen der Zukunft aus 100% biobasiertem Polyethylen herstellen zu können.

CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂
Die Textilwissenschaftler*innen des BIOTEXFUTURE Projekts CO₂Tex entwickeln elastische Filament-Garne, in deren Ausgangsmaterial das für die Erderwärmung mitverantwortliche Treibhausgas CO₂ gebunden ist. Gleichzeitig verwenden sie für die Garnherstellung Schmelzspinnprozesse, für die keine giftigen und umweltschädlichen Lösungsmittel notwendig sind. Den Forscher*innen ist es zudem gelungen, die Elastizität der auf thermoplastischen Polyurethanen (TPU) beruhenden Entwicklung für bestimmte Garntypen an das Leistungsvermögen der konventionellen Elastane heranzuschrauben. Das Projekt-Konsortium erwartet, dass für die entwickelten CO₂-haltigen elastischen TPU-Filament-Garne eine Hochskalierung der Produktionsprozesse auf eine massentaugliche Fertigung im Industriemaßstab in absehbarer Zeit möglich sein wird. Dabei hält das CO₂Tex-Team vergleichbare Herstellungskosten wie bei konventionellen Garnen sowie leichte Vorteile bei der Energiebilanz gegenüber bestehenden Prozessen für möglich.

DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien
Das Ziel von DegraTex ist die Entwicklung biobasierter, abbaubarer Geotextilien für kurzfristige Anwendungen wie die zeitlich begrenzte Sicherung von Erdstrukturen oder für den Vegetationsschutz. Die Materialien erfüllen ihre Funktion, bis sie von natürlichen Komponenten, wie z.B. bodenstabilisierenden oder bodendeckenden Pflanzen, übernommen werden oder simpel einfach nicht mehr benötigt werden. Es geht darum, konventionelle, erdölbasierte Geotextilien in technisch und ökologisch sinnvollem Rahmen durch biobasierte und abbaubare Produktlösungen zu ersetzen. Das Forschungsteam des ITA hat bereits erste Demonstratoren auf Basis von Biopolymeren im Außeneinsatz.

BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio
Im BioBase-Projekt wird die gesamte textile Wertschöpfungskette der jeweiligen Produkte abgebildet und in jedem Prozessschritt der technologische Reifegrad für die industrielle Produktion von biobasierten und nachhaltigen Chemiefasern schrittweise erhöht. Zunächst entstehen hierbei in Kooperation zwischen den Forschungseinrichtungen und Industriepartner*innen industriell gefertigte Anschauungsmodelle (Demonstratoren), die das Potenzial der am Markt verfügbaren biobasierten Polymere demonstrieren sollen. Die Herstellung der Polymere, Garne und textilen Flächen, orientiert sich sehr anwendungsbezogen an den existierenden technischen Anforderungen in den unterschiedlichen Industrie-Sektoren.
Das Team in Aachen beschäftigt sich mit der Herstellung von Chemiefasergarnen und betrachtet dabei die Arbeitsschritte Schmelzspinnen und Texturieren der Wertschöpfungskette und teilweise auch die Flächenherstellung. Die Forschungen zeigen, dass biobasierte Polymere existieren, die auf bestehenden Anlagen entlang der textilen Prozesskette bis zum Demonstrator verarbeitbar sind, wobei die Garn- und Textileigenschaften je nach Anforderungsprofil angepasst werden können.

• ITA Master's graduate wins Hanns Voith Foundation Award 2023

In his Master's thesis, Flávio André Marter Diniz, a graduate of the Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University (ITA), developed ultra-thin polyethylene (PE) carbon fibres with a filament diameter 2-3 times smaller than usual. In addition, the use of PE-based precursors will make it possible to reduce the price of carbon fibres by 50 per cent in the future, thus opening up a wide range of other possible applications in key industries such as wind power, aerospace and automotive. For this groundbreaking development, Marter Diniz was awarded the Hanns Voith Prize with the Hanns Voith Foundation Award in the category "New Materials". The prize is endowed with € 5,000 in prize money.

Flávio André Marter Diniz won the prize in the category "New Materials" for his master thesis entitled "Investigation of the stabilisation and carbonisation process for the production of ultra-thin polyethylene-based carbon fibres".

The use of carbon fibres in highly stressed lightweight construction solutions, such as today's growth applications of wind turbines or pressure tanks, has become indispensable due to their excellent mechanical properties and low density. High manufacturing costs of conventional PAN precursor-based carbon fibres make the material very cost-intensive. In addition, it is not sufficiently available. New manufacturing approaches that develop alternative raw materials and manufacturing processes can be a key and growth engine for further industrial composites applications.

The aim of the work was to develop a new and cost-effective manufacturing process for high-quality ultra-thin carbon fibres using a polyethylene precursor. For this purpose, the sulphonisation process, which is time-consuming today, was to be significantly shortened. As a result, Mr. Marter Diniz produced novel ultra-thin polyethylenebased carbon fibres with a filament diameter < 3 μm with an excellent surface quality of the fibres without detectable structural defects. The fibre diameter is 2-3 times smaller than that of conventional PANbased CF. This provides the basis for mechanically high-quality material properties. At the same time, Mr. Marter Diniz was able to reduce the sulphonisation time by 25 percent. The developed material and technology set important milestones on the way to cheaper carbon fibres. With PE-based precursors, the price of CF can be reduced by 50 percent compared to conventional PAN-based CF.  

A total of five other young scientists were awarded in six categories (Drive Technology, Innovation & Technology/Artificial Intelligence, New Materials, Paper, Hydropower and Economic Sciences. This year, for the 10th time, the Hanns Voith Foundation awarded the Hanns Voith Prize to outstanding young scientists.

• Less C0₂ emissions + sustainable + recyclable

Sustainability first - this is the principle of the Institut für Textiltechnik (ITA) of RWTH Aachen University at JEC World 2023. ITA combines various lightweight construction technologies to reduce C0₂ and to use renewable and/or recyclable raw materials.

ITA presents innovations in the production of reinforcing fibres and in the textile processing of high-modulus fibres. It also shows the impregnation of high-modulus fibres with thermosetting and thermoplastic matrix systems.  

ITA will be exhibiting in hall 6 together with Textechno, Mönchengladbach, Germany, textile testing equipment and Maruhachi Fukui, Japan, Thermoplastic Composite Material Systems. The Interreg AACOMA project will also be presented at the stand.