Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ausschäumen von Abstandstextilien mit wasserbasierten Stabilschäumen

Für Abstandstextilien, die in den letzten Jahren intensiv für technische Anwendungen weiterentwickelt wurden, konnte gezeigt werden, dass sich durch Ausschäumen der dreidimensionalen Textilien neue Materialeigenschaften erzeugen lassen. In diesen Textil-Schaum-Verbünden führt die wechselseitige synergetische Beeinflussung zwischen Schaum und Faser zu insgesamt neuen Eigenschaften. Dafür wasserbasierte Stabilschäume auf Basis textiletablierter Beschichtungspolymere zum Ausschäumen der Abstandstextilien einzusetzen ist ein neuer, bislang nicht verfolgter Ansatz. Diese, als wässrige Dispersionen vorliegenden filmbildenden Beschichtungsmedien, bieten hohe Haftung zu den Textilfasern, so dass die mechanische Kopplung zwischen Schaum und Textil stark ist. Die Beschichtungssysteme sind in hoher chemischer und funktioneller Vielfalt verfügbar, so dass die werkstofflichen Eigenschaften des Schaum-Textilverbunds über einen weiten Bereich an die Anwendung angepasst werden können. Die Schäume können aus den wässrigen Dispersionen mit etablierten Verschäumungsaggregaten und Tensiden zu Stabilschäumen mit definiert einstellbarer Dichte hergestellt werden.

Bislang wurde jedoch noch nicht untersucht, wie dabei die in der Textilbeschichtung verbreitet eingesetzten wasserbasierten Stabilschäume verwendet werden können. Im Projekt werden deshalb die zur Aufklärung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen Textil und Schaum relevanten schaum- und textilphysikalischen Parameter erfasst. Die notwendigen Prüfapparaturen zur Untersuchung der Schaumausbreitung in und durch die Textilstruktur werden aufgebaut. Die entstehenden Textil-Schaum-Verbünde werden hinsichtlich ihrer Strukturen und Anwendungsfunktionen charakterisiert. Hersteller von Abstandstextilien (überwiegend KMU) können das Einsatzspektrum der 3D-Textilien erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Durch das Ausschäumen von Abstandsgewirken mit wasserbasierten Stabilschäumen lassen sich Compounds herstellen, die erhöhte Werte zeigen hinsichtlich Wärmedämmverhaltens, Schallabsorption, Brandschutz, Biegesteifigkeit, Schlagzähigkeit, Kompressionsstabilität; die Luftdurchlässigkeit ist in weiten Grenzen einstellbar.

Die Analyse der rheologischen Eigenschaften der Schäume zeigt, dass eine breite Einsatzfähigkeit zum Einschäumen besteht, sofern mechanische Belastungen in Form von erhöhter Scherung weitgehend vermieden wird.

Zur Einbringung des Schaumes lässt sich die Konstruktion eines Abstandsgewirkes vorteilhaft ausbilden. Dieses Einrakeln des Schaumes von oben kommt an die Grenze bei einer Gewirkehöhe von etwa 10mm. Für höhere Gewirke steht das entwickelte Injektions-verfahren von oben für das Einschäumen bereit.

Die Anzahl der Abstandsfäden (Monofilamente) haben beim Schaumrakeln sowie bei der Schauminjektion keinen Einfluss auf das Einbringen oder der Qualität des Schaumes gezeigt, vielmehr unterstützen sie nach der Schaumfixierung die mechanisch-physikalischen Eigenschaften der fertigen Compounds hin zu höheren Belastungswerten.

Herausfordernd erwies sich der Trocknungsprozess der wasserbasierten Schäume in den Gewirken. Gängige Trocknungsverfahren wie Heißluft, IR- oder Mikrowellentrocknung wirken – bei den untersuchten Einstellparametern – nachteilig hinsichtlich einer homogenen Schaumstruktur.

Der Einsatz von der in der Textilbranche üblichen Heißlufttrocknung war jedoch möglich bei dünneren Schaumlagen, die jeweils von der Unter- und Oberseite in das Gewirke eingebracht wurden. Bei höheren Abstandtextilien ist damit die Bildung eines luftgefüllten Zwischenraumes möglich, der für weitere Funktionalität genutzt werden, wie die Durchleitung von Gasen oder Flüssigkeiten.

Die hergestellten Demonstratoren zeigen anschaulich mögliche neue Anwendungsfelder dieser leichten und dennoch durch den Schaum mechanisch ertüchtigten textilbasierten Verbundwerkstoffe