Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Photoakustische Kontrolle der Ausrüstungsqualität von Schutzkleidung mit flammhemmenden

Eigenschaften

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist eine zerstörungsfreie, vollflächige und prozessintegrierte Kontrolle der Ausrüstungsqualität von Schutzkleidung (PSA) mit flammhemmenden Eigenschaften auf der Basis photoakustischer Spektroskopie. Dies lässt sich durch die Entwicklung eines automatisierten Mess- und Auswerteverfahrens inklusive spezieller Mess- und Auswertealgorithmen erreichen.

Die Schutzkleidung wird mit periodisch modulierter Strahlung (z.B. IR-Strahlung) angeregt, deren Wellenlänge hinsichtlich einer selektiven Wechselwirkung mit der flammhemmenden Ausrüstung bzw. mit speziellen darin vorliegenden Gruppen (z.B. P=O-Gruppen) optimiert ist. Hieraus resultiert eine zyklische Erwärmung und Abkühlung (Temperaturunterschied weniger als 1 °C) der flammhemmenden Ausrüstung, wodurch Schallwellen, das sog. photoakustische Signal, gebildet werden. Mittels speziell zu entwickelnder Algorithmen erfolgt die automatisierte Ermittlung der Ausrüstungsqualität aus dem photoakustischen Signal. Die Erfassung der Ausrüstungsqualität des gesamten Textils lässt sich durch Abrasterung der Textiloberfläche mittels gegenüberstehender Messtürme realisieren, die eine vertikale Kontrolle der Ausrüstungsqualität ermöglichen. Zur horizontalen Messung wird die Schutzkleidung automatisiert mit definierter Geschwindigkeit (hängend an einem Transportband) zwischen den Messtürmen hindurchbewegt.

Durch die Projektergebnisse wird den ca. 2.300 textilen Dienstleistern (vorwiegend KMU) erstmals eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt, die Schutzfunktion von PSA mit flammhemmenden Eigenschaften nach jeder Aufbereitung prozessintegriert zu überprüfen und hierdurch die Funktionalität jedes einzelnen Textils nachzuvollziehen. Textile Dienstleister sind hierdurch in der Lage, die hochwertigen Textilien bedarfsgerecht und nicht nach einer vorgegebenen Aufbereitungszyklenzahl auszutauschen, woraus wirtschaftliche Vorteile von über 9,8 Mio. €/a resultieren.

Ergebniszusammenfassung:

Schutzkleidung (PSA) mit flammhemmenden Eigenschaften (z. B. Hitze- und Flammschutzkleidung, Schweißerschutzkleidung) besteht häufig aus Baumwoll- oder Baumwollmischgewebe, auf das eine flammhemmende Ausrüstung aufgebracht wurde. Die Applikation flammhemmender Ausrüstungen kann nur bei der Textilherstellung erfolgen, eine Regenerierung bei der Aufbereitung ist nicht möglich. Da zudem bisher keine Verfahren existieren, die eine zerstörungsfreie Kontrolle der Schutzfunktion von PSA mit flammhemmenden Eigenschaften ermöglichen, erfolgt ein Austausch der hochwertigen Textilien durch Neuware nach einer vorgegebenen Gebrauchszyklenzahl, die so festgelegt ist, dass auch bei einer sehr starken Beanspruchung der PSA keine Beeinträchtigung der Schutzfunktion über ihre Gebrauchsdauer auftritt. PSA, die praxisüblichen Beanspruchungen ausgesetzt ist, zeigt beim Austausch häufig keine optische Beeinträchtigung.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde daher ein zerstörungsfreies Verfahren zur Kontrolle der Ausrüstungsqualität von PSA mit flammhemmenden Eigenschaften auf der Basis photoakustischer Spektroskopie entwickelt. Dies beinhaltete die Entwicklung eines automatisierten Mess- und Auswerteverfahrens.

Zur Ermittlung der Ausrüstungsqualität wird PSA mit periodisch modulierter Strahlung angeregt. Hierzu wurde die Wellenlänge der Strahlung so angepasst, dass sie ausschließlich mit speziellen, in die flammhemmenden Ausrüstung bzw. in die Ausrüstungsdispersion eingebrachten photakustischen Sonden in Wechselwirkung tritt. Die Wechselwirkung der photoakustischen Sonden mit der periodisch modulierten Strahlung resultiert in einer zyklischen Erwärmung und Abkühlung (Temperaturunterschied wenige °C) der flammhemmenden Textilausrüstung, wodurch Schallwellen, das sogenannte photoakustische Signal, ausgebildet werden. Mittels eines speziellen Algorithmus erfolgt eine automatisierte Ermittlung der Ausrüstungsqualität aus dem photoakustischem Signal.