Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer neuartigen Spinntechnologie zur Realisierung skalierbarer nano-, submikro- und mikrostrukturierter Faseroberflächen für technische und medizinische Anwendungen

Die Vergangenheit zeigte, dass durch die Entwicklung eines neuen Fasertyps – wie der Mikrofaser – nicht nur neue Produkte und völlig neue Anwendungseigenschaften erzeugt werden, sondern auch entlang der gesamten dazugehörigen textilen Produktionskette viele Innovationen möglich wurden. So wird erwartet, dass der zu entwickelnde Fasertyp –mit nano-, submikro- und mikrostrukturierter Oberfläche– für viele Anwendungen relevant sein wird. Durch die direkt bei der Faserherstellung erzeugte Strukturierung wird eine größere, haftungsfördernde spezifische Oberfläche erzeugt. Diese ist besonders für Polyethylenterephthalat (PET) in Elastomerverbunden sowie Textilmembranen für die Architektur relevant, da bspw. auf Haftvermittler und auch notwendige Prozessschritte verzichtet werden könnte. Für den möglichen Einsatz im Medizinbereich (scaffolds, Wundverband) wird ebenso Polymilchsäure (PLA) untersucht. Ziel ist eine Verfahrensentwicklung im Bikomponentenschmelzspinnen: Ein PLA- oder PET-Kern soll mit einem blend-Mantel aus PLA/Polyvinylalkohol (PVOH) bzw. PET/PVOH zu Präkursoren erzeugt werden. Nachfolgend wird beim Verstrecken oder der textilen Flächenbildung PVOH mittels Wasser herausgelöst. Besondere Kernaufgaben bei der Verfahrensentwicklung sind dabei die Schmelzbereichsanpassungen von PVOH an das höher schmelzende PET bzw. an das niedriger schmelzende PLA, doch wurde bereits in Vorversuchen an blend-Fasern nachgewiesen, dass eine gemeinsame Verarbeitung von bspw. PLA/PVOH möglich ist. Durch das Projekt werden ganz neue Faseroberflächen herstell- und für die wirtschaftliche Nutzung erschließbar, sodass ein deutlich breiteres Spektrum an Garnqualitäten auf Basis techn. PET und Biopolymerbasis für die KMU verfügbar ist und am Markt angeboten werden kann, wodurch unterschiedliche Anwendungen, wie Chemiefaserherstellung, oder KMU-geprägte Bereiche, wie Flächenbildung und Ausrüstung, sowie auch die Medizintechnik, Membranherstellung und Elastomerverbundhersteller profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung einer neuartigen Spinntechnologie zur Realisierung skalierbarer nano-, submikro- und mikrostrukturierter Faseroberflächen. Dabei wurde ein Multifilamentgarn mit der Bikomponentenschmelzspinnmethode hergestellt, dass aus einer wasserlöslichen Komponente und einer zweiten Komponente mit den angestrebten Fasereigenschaften besteht. Durch das Auswaschen der wasserlöslichen Komponente wird eine strukturierte Faseroberfläche erzielt. Die Projektdurchführung umfasste die Materialentwicklung eines angepassten, wasserlöslichen Polyvinylalkohols (PVOH), die Prozessentwicklung für die Herstellung der Bikomponenten-Präkursorfasern und die Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zum Herauslösen des PVOH. Das resultierende Produkt waren Kern-Mantel-Fasern oder Matrix-Fibrillen-Fasern mit einem wasserlöslichen Mantel oder Matrix. Ein kritischer Aspekt war die schnelle Zersetzung des PVOH, die eine Minimierung der Verweilzeiten im System und das Vermeiden von Maschinenstillständen erforderte. Das Herauslösen des PVOH zur Freilegung strukturierter Oberflächen konnte innerhalb weniger Minuten erfolgreich durchgeführt werden. Systematische Studien zeigten, dass das Herauslösen nach der Formation des textilen Stoffs optimal ist, um die Faseroberflächenschutzintegrität zu wahren. Somit sind die erarbeiteten Projektergebnisse zeitnah in die industrielle Praxis übertragbar. Die Praxistauglichkeit des mittels der entwickelten Technologie hergestellten Garns wurde anhand der textilen Demonstratoren erfolgreich nachgewiesen. Zusätzlich dazu wurde ein KMU-gerechter Leitfaden zur zeitnahen Ergebnistransfer im Unternehmen angefertigt.