Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Lichtleiterbasierte körpernahe Funktionstextilien

Projektziel ist die Herstellung von lichtleiterbasierten körpernahen Funktionstextilien. Das wesentlich Neue ist, dass dafür durchmesserreduzierte, perfluorierte Polymerlichtleiter verwendet werden. Diese zeichnen sich durch ihre besonders textilgerechten Eigenschaften aus: geringe Steifigkeit, hohe Bruchdehnung, hohe optische Transparenz auch bei kleinen Biegeradien und hohe chemische Beständigkeit. Die Lichtleiter werden im Textil z. B. als Sensor für Verformungen oder zur Beleuchtung eingesetzt.

Der Lösungsweg ist wie folgt: Der Durchmesser von handelsüblichen perfluorierten Polymerlichtleitern liegt bei 500 µm. Dieser wird auf unter 100 µm reduziert, indem der Faserstützmantel chemisch entfernt wird. Dadurch wird die Faser besonders formflexibel. Die primären optischen Eigenschaften des Wellenleiters werden dadurch nicht beeinflusst. Diese optischen Funktionsfasern erlauben eine unauffällige Integration in Textilien und haben keinen negativen Einfluss auf die mechanischen Textileigenschaften und auf ihren Tragekomfort. Zur Integration in anwendungsgerechte Textilien werden verschiedene Verfahren wie das Sticken und Weben eingesetzt. Die große Nachgiebigkeit der Fasern stellt dabei hohe Anforderungen an die textilen Verfahren.

Die Ergebnisse werden für Gestaltungsregeln und den Aufbau von Funktionsmustern genutzt, definieren deren Gebrauchsbedingungen und stehen den KMU`s für die Entwicklung neuer Produkte zur Verfügung. Produkte sind in Bereichen zu sehen, wo die Vorteile von Polymerlichtleitern zum Tragen kommen. Ihre Vorteile liegen neben den mechanischen Eigenschaften in ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit und Multiplexfähigkeit, woraus deutlich verringerte Kontaktierungs-, Verkabelungs- und Installationsaufwände resultieren. Ein Bewegungssensor bei Magnetresonanzuntersuchungen ist ein Produktbeispiel. Die Ergebnisse werden vor allem bei der Herstellung medizinischer Textilien Verwendung finden. Diese Branche ist größtenteils durch KMUs geprägt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden textilgerechte perfluorierte polymeroptische Fasern mit einem Durchmesser bis 70 µm auf Basis von kommerziell erhältlichen Fasern realisiert und mit Leucht- und Fotodioden über Keramikferrulen kontaktiert. Die Eigenschaften dieser Fasern wurden insbesondere mithilfe von mechanischen und thermischen Analysen und optischen Messungen untersucht und unter Berücksichtigung der Anwendungsbereiche bewertet. Dabei ergab sich eine maximal nutzbare Zugbelastung von unter 20 cN, die eine Verarbeitung der polymeren Lichtleitfasern mit Schutzmantel in den meisten textilen Verfahren notwendig macht. Die Durchmesserreduzierung des Lichtleiters kann auch nach der Textilintegration mit einem chemischen Verfahren erfolgen. Die thermischen Einsatzgrenzen liegen im Bereich von 75 °C. Diese müssen auch bei Waschverfahren beachtet werden. Für die Integration der Fasern in Textilien wurden Weben, das Tailored-Fibre-Placement-Verfahren und das Umflechten untersucht. Dabei wurde beim Weben vor allem die Integration im Kettfaden als besonders gut geeignet gefunden. Das Tailored-Fibre-Placement-Verfahren erlaubt eine flexible Platzierung der optischen Faser und damit das größte Anwendungsfeld. Soll die integrierte Faser später besonders geschützt werden, ist die Garnintegration dafür geeignet. Anwendungsmöglichkeiten für die modifizierte optische Faser werden insbesondere in den Bereichen der Funktionstextilien und der Medizintechnik gesehen. Beispielhaft seien hier die Verwendung des Funktions- beziehungsweise Sensortextils in einem Bewegungs-, Verformungs- oder Vitalparametermonitoringsystem aufgeführt. Zudem ist die Anwendung des Funktionstextils als Beleuchtungstextil in einem Wundverband für die Unterstützung der Wundheilung mit blauem Licht aussichtsreich. Auch sollten die durchmesserreduzierten optischen Fasern derart funktionalisiert werden können, so dass sie auch als pH-Sensor und Feuchtigkeitssensor eingesetzt werden können.