Entwicklung von innovativen Strukturen offener 3D-Gewirke mit funktionaler Beschichtung zum Zwecke der Raumklimatisierung
Teilthema: Technische Grundlagen der Verfahrensentwicklung für die Herstellung und Beschichtung von 3D-Gewirken (BMWi-ZIM-KF 2244205 HG0)

Aufgabenstellung

Gegenstand des Forschungsprojektes war die Entwicklung von 3D-Textilien zur Raumklimatisierung mit offenen Strukturen auf Basis von dreidimensionalen Abstandsgewirken, die als großflächige Heiz- bzw. Kühlelemente die Nutzung von Heizmedien mit niedrigen Vorlauftemperaturen ermöglichen. Eine grundlegende Voraussetzung für die geplante Anwendung war die Beschichtung bzw. Ausrüstung der 3D-Strukturen mit dem Ziel der Mediendichtheit der Flächen.

Lösungsweg

Durch das Institut für Energiemanagement der Westsächsischen Hochschule Zwickau wurde ein Katalog der Produktkonzepte erarbeitet. Auf dieser Basis erfolgte die Festlegung, welche Produktvariante im Rahmen des FuE-Projektes bearbeitet wird. Alle ausgewählten Varianten basieren auf einem medienführenden 3D-Textil in Form eines Abstandsgewirkes, welches mediendicht beschichtet ist. Grundsätzlich reicht bereits eine Gewirkedicke von 1 mm aus, um einen ausreichenden Wärmetransport zu ermöglichen. Als weitere wesentliche Zielparameter wurden die Widerstandsfähigkeit des Abstandsgewirkes gegenüber der thermischen und mechanischen Belastung während des Beschichtungsprozesses, die Haftfestigkeit der Beschichtung sowie die Hydrolysestabilität der Beschichtung definiert.
Da die 3D-Gewirke die textile Basis für eine Beschichtungsapplikation bilden, sind von ihnen bestimmte Grundvoraussetzungen zu erfüllen, die bei der Definition der Konstruktionsparameter beachtet werden müssen. Für die Konstruktion der 3D-Gewirke war der Materialeinsatz, die entsprechenden Bindungen des Fadenmaterials, die Fadenspannungen, die Dicke der Struktur sowie weitere maschinentechnische Parameter zu definieren. Diese Parameter beschreiben die Struktur hinsichtlich des Aufbaus der Deckseiten und des Polbereiches. Auch wenn für einen einwandfreien Transport von wärmeführenden Medien innerhalb der Gewirkestruktur bereits eine Dicke von 1 mm ausreicht, so ist für die nachfolgenden Beschichtungsprozesse eine solche geringe Gewirkedicke jedoch ungeeignet, da die Gefahr besteht, dass während des Beschichtungsprozesses das Gewirke zu sehr komprimiert wird und die Gewirkeflächen unter Umständen verklebt werden. Darüber hinaus können bei solchen geringen Gewirkedicken keine praktikablen Anschlusslösungen für die Heiz- bzw. Kühlmedien realisiert werden. Daher wurden unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Faktoren Gewirkedicken von 4...6 mm gewählt.

Querschnitt durch ein beschichtetes AGW
Abb. 1: Querschnitt durch ein beschichtetes AGW

Essenzielle Bedingung für ein optimales Haftungsvermögen der wasserdichten Beschichtung auf den 3D-Gewirken ist eine geschlossene und dichte Oberfläche. Dies kann durch eine hohe Maschendichte erreicht werden, die durch die Auswahl einer geeigneten Bindungsart realisiert wird. Der Einsatz von Garnen mit einer hohen Einzelfilamentzahl trägt ebenfalls zu einer verbesserten Haftung der Beschichtung bei. Entsprechend der hohen Einzelfilamentzahl steigt auch die Anzahl der möglichen Verknüpfungspunkte der Beschichtung mit der textilen Oberfläche. Die thermische und mechanische Belastbarkeit der Abstandsgewirke während der Verarbeitung wird durch verschiedene Faktoren gewährleistet. Dazu gehört neben der Konstruktion des Gewirkes und der Auswahl der Materialien insbesondere die Veredlung der Rohware. Durch eine thermische Behandlung im Bereich zwischen 188 °C und 200 °C wird im wesentlichen der Polfaden stabilisiert und somit eine dauerhafte Dimensionsstabilität erzielt.
Der Einsatz der mediendichten Abstandsgewirke für Zwecke der Raumklimatisierung bedingt höchste Ansprüche an die Dichtheit, da eine ständige Durchströmung der beschichteten Abstandsgewirke mit liquiden Heizmedien wie z. B. Wasser erfolgt. Aufgrund dieser hohen Anforderungen an die Mediendichtheit ist daher die Beschichtung mit vorgefertigten thermoplastischen Polymerfolien gegenüber der herkömmlichen Beschichtungstechnologie zu bevorzugen.


Flachbettkaschieranlage im TITV

Abb. 2: Kaschierung von AGW an der Flachbettkaschieranlage im TITV Greiz

Bei diesem Lösungsweg ist es möglich, auf ein breites Spektrum verfügbarer Folien mit eng definierten Eigenschaften zurückzugreifen. Entsprechende Anforderungen an die Beschichtung  betreffen die chemische Zusammensetzung als Basis für die Hydrolysestabilität der Beschichtung, die Mediendichtheit der Folien sowie die thermischen Eigenschaften (Schmelzbereich und thermische Beständigkeit). In Verbindung mit der Ermittlung der geeigneten Kaschierparameter wurden geeignete Folien anhand der erreichten Trennkräfte des Verbundes Abstandsgewirke/Folie, der Verarbeitungseigenschaften der Folien sowie der Luftdurchlässigkeit als Maß für die Beurteilung der Mediendichtheit des Verbundes ausgewählt.

Anwendung/Einsatzmöglichkeiten

Die im Projekt entwickelten textilen Wärmetauscher sind prinzipiell für die Heizung bzw. Kühlung von Gebäuden oder Fahrzeugen geeignet.

Ansprechpartner

Dr. Hartmut Vorwieger

 
Deutsch Englisch

News + + + News + + +

Eröffnung des Smart-Textiles-Prüflabors

Eröffnung des Smart-Textiles-Prüflabors
TITV-Innovationen & Tag der offenen Tür im TITV Greiz. Das TITV Greiz eröffnet das erste Smart-Textiles-Prüflabor anlässlich der "TITV-Innovationen & Tag der offenen Tür".

Warum die Zukunft textiler wird

FKT-Forschungsbericht mit 223 Abstracts erschienen

Schaffung einer neuen Geräteinfrastruktur für Smart Textiles

Logo EFRE Thüringen
Neue Apparaturen und Vorrichtungen für spezielle Untersuchungen an smarten Textilien

[Zeige alle News]