Modellierung der Hafteigenschaften zwischen Textil und Beschichtung durch Korrelation von Garnparametern unter dem Aspekt der Rohstoff- und Energieeffizienz (HaTeBe)

BMWK IGF 21428 BR | Laufzeit: 10.2020 – 03.2023 Martin Strangfeld, FILK Freiberg | Corinna Falck, STFI Chemnitz
  • Categories:
  • Technische Textilien/Composite
  • Werkstoffcharakterisierung

Ausgangssituation

Die Optimierung der Haftung zwischen textilem Träger und Beschichtung bei einem Verbund­material stellt in vielen Anwen­dungen eine Heraus­forderung an den Material­ent­wickler dar. Eine schlechte Haftung sorgt oft für Fehler im Material­verbund und führt somit zu Reklama­tionen und Kunden­unzufrieden­heit. Daher gibt es einen Bedarf an grund­legenden Unter­suchungen der gegen­seitigen Beein­flussung der Eigen­schaften des Verbundes wie auch an einer möglichst ressourcen­effi­zienten Material­opti­mierung.

Projektziel

Ziel des Projektes war es, eine quanti­fizier­bare Beschreibung der Abhängig­keiten, welche die Haftung zwischen textilem Träger­material und Beschichtung und die Verformungs­änderung des Textils infolge der Beschichtung beein­flussen, abzuleiten. Diese Abhängig­keiten sollten durch die Kombination sowohl textil­relevanter Kenn­werte (Garn­parameter) als auch beschichtungs­relevanter Kenn­werte beschrieben werden können. Somit sollte über eine Bestimmung der relevanten Parameter am Einzel­garn auf die entsprechenden Parameter am beschichteten Textil geschlossen werden können, um die Ressourcen­effizienz sicher­zustellen. Dafür sollte ein Einzel­garn­beschichtungs­modul entwickelt und getestet werden.

Lösungsweg

Es wurde eine Auswahl an Garnen, Geweben und Beschich­tungen getroffen. Von den Beschichtungs­massen wurden im Rakel­verfahren reine Folien für die Bestimmung der mecha­nischen Eigen­schaften der Beschichtung und die Vermessung des Kontakt­winkels herge­stellt. Anschließend erfolgte die Herstellung der Verbunde (Textil und Beschichtung). Die Gewebe wurden mit verschiedenen Beschichtungs­massen beschichtet. Mit PVC-Massen wurde an Einzel­garnen eine Beschichtung über eine Garn­beschichtungs­anlage für den Vergleich der mecha­nischen Eigen­schaften von beschichtetem Textil und beschichtetem Einzel­garn durch­geführt. Mit verwendeten Silikon­rezepturen konnten aufgrund zu hoher Viskosität nur ungleich­mäßige Garn­beschichtungen ausge­führt werden. Daher wurde die Silikon-Garn-Beschichtung für das Projekt verworfen. Zum Vergleich der Haftungs­eigen­schaften wurden die Einzel­garne mit dem entwickelten Beschichtungs­modul eben­falls mit den ausge­wählten Beschichtungs­massen beschichtet.

Wesentlicher Bestandteil der Forschungs­arbeiten war die Entwicklung einer Prüf­methodik zur Bestimmung der Einzel­faden­haft­festigkeit. In Anlehnung an Prüfungen mit steifen Fasern in faser­verstärkten Kunst­stoffen wurde eine Test­methode für flexible Garne in einer Beschichtungs­matrix entwickelt. Definiert wurden hierbei Garn­fein­heiten, Garn­steifig­keiten, notwendige Spannungen, Temperatur­bereiche sowie notwendige Durch­messer und Füll­höhen der Beschichtungs­masse.

Ergebnisse | Nutzen

Das Ergebnis des Projekts stellt mit dem entwickelten Mess­modul und der daraus abgeleiteten Haftungs­prüfung einen Fort­schritt in der Material­optimierung dar. Es konnte nach­gewiesen werden, dass mit dem neu entwickelten Garn-Beschichtungs­modul die Qualität von beschichteten Textilien hinsichtlich Haftung und mechanischer Eigen­schaften ressourcen­schonend bereits am Garn geprüft werden kann. Die Haftung zwischen Faser oder Garn und Beschichtung korreliert mit der Haftung zwischen Gewebe und Beschichtung. Gleich­zeitig wurden Korrelationen hinsichtlich der Biege­eigen­schaften im Vergleich beschichtetes Garn zu beschichtetem Gewebe erreicht.

Die Beschichtungsmasse und das textile Material haften in Abhängig­keit der Material­eigen­schaften aufgrund von chemischen und physika­lischen Wechsel­wirkungen aneinander. Die mechanischen Eigen­schaften des Verbunds werden durch die Diffusion der Beschichtungs­masse (Kapillar­wirkung der Garn­struktur) beein­flusst. Wenn Textil und Beschichtung identische Oberflächen­energien aufweisen, haften sie besser aneinander als bei großen Unterschieden in den Oberflächen­energien. Die Faser/Garn-­Oberflächen­struktur hat eben­falls Einfluss auf die Haftungs­eigen­schaft.

Indem wichtige Parameter für das spätere beschichtete Textil schon über eine Garn­beschichtung vorher­gesagt werden können, werden bei der Material­entwicklung sowohl Ressourcen geschont als auch Energie­kosten eingespart. Ursachen für Haftungs­probleme können durch Anwendung der Einzelfaden-Haftungs­prüfung gefunden werden und mittels Charakteri­sierung zur gezielten Material­optimierung beitragen.

   

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Dank

Das IGF-Vorhaben 21428 BR der Forschungs­vereinigung „FILK Freiberg Institute gGmbH, Meißner Ring 1-5, 09599 Freiberg“ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschafts­forschung und –entwicklung (IGF)“ vom Bundes­ministerium für Wirt­schaft und Klima­schutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unter­stützung.

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