Haftfeste Metallisierungen auf textilen Substraten
(BMBF-MST 03WKBR11D, Wachstumskern J-1013, TP 1.4)

Aufgabenstellung

Die Einsatzgebiete technischer Textilien erweitern sich ständig, wodurch auch die Anforderungen an die Textilien steigen. Um diesen Anforderungen wie beispielsweise Haftungsverbesserung für Kaschierungen und nachfolgende Beschichtungen, antimikrobielle Wirksamkeit und elektrische Leitfähigkeit begegnen zu können, sind neue innovative Lösungen notwendig. Textile Materialien aus den Bereichen der Natur- und Chemiefasern weisen jedoch deutlich unterschiedliche Eigenschaften bezüglich mechanischer Festigkeiten und chemischer Struktur auf. Dies erfordert einen hohen Entwicklungsaufwand für Verfahren, die an das jeweilige textile Grundmaterial angepasst werden müssen. Um diesen Aufwand zu minimieren ist eine für alle Materialien einsetzbare Zwischenschicht erforderlich. Diese Zwischenschicht entkoppelt die Eigenschaften des Substrates von denen der funktionellen Schicht. Die Applikation dieser Schicht erfolgt durch den Einsatz der CVD-Technologie. Aufgabe ist, diese Technologie auf temperaturempfindliche und flexible Textilien zu übertragen und damit Funktionalisierungen zu ermöglichen.

Lösungsweg

Um die bereits für starre und planare Substrate wie beispielsweise Metalle und Gläser eingesetzte CVD-Technologie zur Oberflächenfunktionalisierung auch auf temperaturempfindliche und flexible Textilien zu übertragen, sind umfangreiche Untersuchungen notwendig. Neben den atmosphärischen Plasmen (AP-CVD) kommt der Brennertechnologie (C-CVD) eine besondere Aufmerksamkeit zu, da bei diesem Verfahren eine hohe Wärmemenge übertragen wird. Um eine Schädigung des textilen Substrates während der CVD-Behandlung auszuschließen, sind Berechnungsmodelle entwickelt worden. Diese ermöglichen in Abhängigkeit von Materialeigenschaften eine Ermittlung von Verweilzeiten des Textils im Plasma zur konstruktiven Auslegung einer Beschichtungsanlage. Mit der im Projekt entwickelten Faden-Beschichtungsanlage, welche aus CVD-Einheit, Walzeneinheit, Abwicklung und Aufwicklung besteht, wird die Zwischenschicht in Form von SiOx kontinuierlich appliziert. Die Funktionsschicht kann entweder simultan aus der Gasphase mit abgeschieden werden oder durch einen anschließenden Verfahrensschritt wie der SolGel-Technologie. Zur Erzeugung haftfester Metallisierungen sind beide Varianten realisierbar. Durch Einsatz eines silberhaltigen Precursors ist die Vorbekeimung aus der Gasphase mittels CVD sowie eines silberhaltigen SolGel auf nasschemischem Wege erzielbar. Damit sind die Grundlagen für eine stromlose Metallisierung geschaffen, wobei die damit erzielte, elektrische Leitfähigkeit durch Galvanotechnik noch erhöht werden kann.

Abb. 1: C-CVD-Behandlung von Garnen
Abb. 1: C-CVD-Behandlung von Garnen
Abb. 2: Schichtnachweis mittels REM / EDX
Abb. 2: Schichtnachweis mittels REM / EDX

Anwendung

Entscheidend für die CVD-Schichtabscheidung ist die Verwendung von Vorläufersubstanzen (Precursoren), die im Plasma schichtbildend umgesetzt werden. Dabei sind siliziumorganische Precursoren, die zur Ausbildung von Siliziumoxid-Beschichtungen führen, ein Schwerpunkt im Bereich der funktionellen Beschichtungen. Die Abscheidung der Nanoschichten erfolgt effizient bei hohen Geschwindigkeiten (300 - 1000 m/min), vergleichbar mit der Applikation von Avivagen zur Herstellung von Hochleistungsgarnen. Alle Prozessparameter müssen genau auf die spätere Anwendung abgestimmt werden.
Einsatzgebiete der funktionellen Nanoschichten sind beispielsweise die Erhöhung der Haftung von Materialverbunden wie Laminate, Korrosionsschutz für metallisierte Garne, Vorbekeimungen die zur nachfolgenden chemischen Metallisierung verwendet werden und antimikrobielle Ausrüstung von Textilien im Bekleidungsbereich.

Ansprechpartner

Dipl. Ing. (FH) André Modes

 
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