STFI untersucht textile Anwendungen für PU-Vergussmassen
Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI)
Vergussmassen aus Polyurethan (PU) finden klassisch Anwendung als Schutz- und Isolationsmaterial in der Elektronik und Elektrotechnik, z.B. in Batteriemodulen oder auf Schaltkreisen bzw. zum Einbetten von LEDs. Neben ihren elektrisch isolierenden Eigenschaften sind diese hitzebeständig und mechanisch flexibel. Zudem ist der Übergang vom flüssigen zum festen Aggregatzustand derart günstig, dass diese PU-Massen passgenau appliziert werden können. Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) entwickelt aktuell zwei Anwendungen auf Textilien. Einmal werden die PU-Vergussmassen als Deckschicht für Sensorik untersucht, die zur Überwachung mechanischer Belastung dienen.
Der zweite Ansatz widmet sich dem 3D-Druck auf vorgespannten Textilien, um im Nachgang dreidimensional verformte Strukturen zu erzeugen. Im laufenden Forschungsvorhaben „Texsafe“ (Reg. Nr. 49MF220096) steht die Entwicklung großflächiger textiler sandwich-strukturierter Flächenelemente zur Überwachung mechanischer Belastungenim Mittelpunkt. Geeignete Beschichtungsmaterialien sollen hierzu die Permittivität dauerhaft erfassen, um sich ändernde mechanische Einflussgrößen durch elastische Verformung zu detektieren. Außerdem müssen diese Materialien großen Lasten von bis zu 1000 kg zerstörungsfrei standhalten und das Textil entsprechend vor mechanischen Schäden schützen. Im Zuge der Untersuchungen haben sich Vergussmassen auf Polyurethanbasis der Firma WEVO-CHEMIE GmbH, Ostfildern-Kemnat als
besonders geeignet erwiesen, da sie zähelastische Eigenschaften und eine hohe Reißdehnung haben. Die Produkte der Wevopur-Serie werden diesen Anforderungen gerecht und wurden bereits in umfangreichen Versuchsreihen mit Erfolg erprobt. Erste Funktionsmuster im kleinen Maßstab wurden im Rahmen des Projekts hergestellt, welche eine Detektion mechanischer Belastungen ermöglichen (Abbildung 1). Die Vergussmasse hat sich hierbei aufgrund der geringen Mischviskosität als besonders geeignet erwiesen, da das Textil gut benetzt bzw. durchtränkt wurde. In einem nächsten Schritt soll die Skalierung zu großflächigen textilen sandwich-strukturierten Flächenelementen erfolgen. Die so ausgerüsteten Textilien können insbesondere in der LKW-Laderaumflächenerkennung, für Parkplatz- und Bodensensorik für Zutrittskontrollen bzw. Überwachungsflächen angewendet werden. Der 3D-Druck auf Textilien ist seit mehreren Jahren bereits Gegenstand erfolgreicher Entwicklungen des STFI. In diesem Zusammenhang werden neue Materialien für die unterschiedlichen 3D-Auftragsverfahren getestet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Maschinen- und Verfahrensentwicklung zum 3D-Druck auf vorgedehnten Textilien“ (Reg. Nr. KK5081706WO1) wurden ebenfalls ausgewählte Wevopur-Produkte erprobt.
Die Anwendung für diesen speziellen 3D-Druck erfordert Druckmaterialien, welche hohe Biegefestigkeiten und SHORE-Härten im oberen Shore D-Bereich aufweisen, um vorgespannte Textilien mittels 3D-Druck punktuell zu Verstärken. Im Versuch wurden dehnbare PES-Gestricke mit einem neu entwickelten Spannsystem mit definierten Kräften homogen und verzugsfrei in Längs- und Querrichtung gespannt. Anschließend wurden die Textilien mittels 3D-Druck mit verschiedenen Geometrien bedruckt. Neben dem klassischen FDM-Verfahren, bei dem thermoplastische Filamente zum Einsatz kommen, wurde auch das LDM-Verfahren erprobt. Bei diesem Verfahren werden pastöse Materialien bzw. Flüssigkeiten verarbeitet. Hier zeigten sich ebenfalls Produkte der Wevopur Serie erstrebenswert. Die Materialien wurden miteinem 2-Komponenten Druckkopf auf die vorgedehnten Textilien appliziert und verstärkten diese somit punktuell. Nach Entlastung des bedruckten Textils kam es zu definierten Verformungen. An dieser Stelle wird auch von 4D-Druck gesprochen. Diese Technologie kann genutzt werden, um beispielsweise individuelle textile Lampenschirme oder Akustikpanelle zu fertigen (Abbildung 2) und eröffnet weitere Anwendungsmöglichkeiten in der Architektur. Im Projekt wurde ein guter und langlebiger Verbund mit dem Textil sichergestellt, der in der maßgeschneiderten Viskosität und der guten Adhäsion der Wevo-Materialien begründet liegt (wie z.B. des WEVOPUR 71/25 MT/3 mit WEVONAT 300).
Im Resultat zeigen die erfolgreichen Untersuchungen von Vergussmassen auf Polyurethanbasis im Verbund mit Textil am STFI neue Anwendungspotentiale für die Produktserie Wevopur der Firma WEVO-CHEMIE GmbH.
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