Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung des Impactverhaltens von Körperschutzausrüstung durch Textil-Schaum-Verbunde auf Basis von gradierten 3D-Abstandsgeweben

Im Breitensport, Freizeitbereich und im Arbeitsschutz besteht ein ungebrochener Trend, Materialien für integrierte Protektoren als langsam wirkende Druck- oder schlagartige Stoßdämpfung sowie als Crash-Schutz bequem in der Bekleidung oder persönlichen Schutzausrüstung zu tragen. Inspiriert durch das Wirkprinzip eines bionischen Schutzmechanismus sind deutliche Verbesserungen beim Abdämpfen von Impactstößen zu erwarten. Der Erfolg ist auf die Wechselwirkung zwischen steiferen Biegestäben und viskoelastischen Umgebungsmaterialien zurückzuführen.

Ziel des Projektes „Körperschutzelement“ ist die Verbesserung des Impactverhaltens von Körperschutzausrüstung durch Textil-Schaum-Verbunde mittels Gradienten-3D-Webtechnik. Die Besonderheit dieser Abstandgewebe sind gradierte Strukturen über veränderbare Polfadendichten und räumlich veränderliche Abstande der Decklagen, die gepaart mit der Morphologie einer Schaumkomponente eine effizientere Energiedissipation versprechen.

Durch die textiltechnische Übertragung der bioinspirierten Prinzipien in textilverstärkende Strukturen und geschäumte Verbundkomponenten kann ein Basiswissen für neuartige Polymer-Verbundtextilien und integrale Herstellungsverfahren entwickelt werden. Entwicklungen an Beispielen wie Helmen, Rückenprotektoren oder Sitz- und Schutzpolstern soll zeigen, wie das Niveau der Sicherheits- und Schutzwirkung weiter anzuheben ist.

Nach erfolgter Marktakzeptanz bei den genannten Endanwendungen können potenzielle Textilprodukte von fachkundigen Webereien, vornehmlich KMU`s, hergestellt werden. Eine Übertragbarkeit auf Abstandsgestricke und -gewirke ist ebenfalls denkbar. Zudem sind Schaumexperten angesprochen, die Allianzen mit den Textilpartnern bilden können. Zum potenziellen Nutzerkreis der Ergebnisse zählen Sport- und Freizeitartikelhersteller, die Körperschutzelemente für den Outdoorbereich erschaffen, aber auch Produzenten von verwandten Anwendungen für Arbeits- und Fahrzeuginsassenschutz.

Ergebniszusammenfassung:

Durch das steigende Bedürfnis der Bevölkerung nach Sicherheit werden in allen gesellschaftlichen Bereichen effektivere Schutzsysteme benötigt. Um diese Forderung zu erfüllen, müssen vorhandene Schutzsysteme weiterentwickelt werden. Der effektive Aufprallschutz der Schale der Pomelofrucht zeigt dazu einen interessanten bionischen Ansatz auf. Für die Übertragung des Wirkmechanismus der Pomelofrucht auf Körperschutzelemente bietet sich die Integration eines Abstandsgewebes in ein Schaummedium an. Voraussetzung für ein gutes Dämpfungsverhalten ist die optimale Abstimmung der Druckstabilität des Abstandsgewebes auf die Härte des Schaums. Die Haupteinflussfaktoren für die Druckstabilität des Abstandsgewebes sind bei konstantem Gewebeabstand die Packungsdichte der Abstandsfäden sowie deren Biegesteifigkeit und räumliche Neigung im Abstandsbereich.

Bei Rückenprotektoren konnte durch die Integration eines Abstandsgewebes in den Schaum das Temperaturfenster, in dem der Protektor einen guten Schutz bietet, deutlich vergrößert werden. Durch das Abstandsgewebe erhält der Protektor zusätzlich einen Durchdringungsschutz.

Im Bereich Kopfschutz konnte durch die Verstärkung des EPS-Hartschaums mit einem Abstandsgewebe das Dämpfungsverhalten des Helms um bis zu 30% verbessert werden. Um beim Schäumprozess das Befüllen des Abstandsgewebes mit EPS-Partikel direkt im Schäumwerkzeug vornehmen zu können, wurde die obere Decklage des Gewebes mit Öffnungen versehen. Zur Realisierung dieser bisher auf Abstandswebmaschinen noch nicht gefertigten Gewebestruktur wurde die Webmaschine mit einem Drehersystem ausgestattet.

Bei den Gewebe-Schaum-Verbunden für Schutzpolster konnte durch die Verwendung eines weichen viskoelastischen PU-Schaums und einem Abstandsgewebe mit geringer Druckstabilität ein adaptives Verformungsverhalten des Protektors erreicht werden.

Für die 3 Bereiche Rückenprotektor, Kopfschutz und Schutzpolster wurden auf Basis der Forschungsergebnisse Demonstratoren angefertigt.