mikro- und nanofaservliesstoffe · institut für textil- und verfahrenstechnik mikro- und...
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Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
Mikro- und NanofaservliesstoffeMartin Dauner, Martin Hoss
Deutsche Institute für Textil- und FaserforschungDenkendorf
ITV:Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
ITCF Denkendorf –Institut für Textilchemie und Chemiefasern
Aspekte feiner Fasern (=/< 1 µm)
Morphologische Aspekte
• Feinheit (Durchmesser)
• Geometrie
• Splittfähigkeit
• Poren
Physikalische / mechanische Aspekte
• Oberflächen-/Volumenverhältnis
• Biegesteifigkeit
• Festigkeit (?)
Verarbeitbarkeit
Anwendung feiner Fasern
Filter
• (Porengröße)
• Oberfläche
Medizin / Hygiene / Schutz
• mikrobielle Barriere
• Atmungsaktivität
• wasserdicht /
• wasserdampfpermeabel
Interieur / Bekleidung
• Weichheit
• geringe Anschmutzung
• leicht zu reinigen
Reinigungstextilien
• Wischtücher
Brennstoffzelle
• „Homogenität“
Hills Inc.
Nano oder Mikro???
1,E-09 1,E-06 1,E-03 1,E+00
1 nm 1 µm 1 mm 1 m
microfiber 5 µm "nanofiber" melt blown fiber
0,2 µm 2 µm
nano micro macro
textile fiber> 10 µm
Hills Inc.
Mikro- / Nanofaser Technologien
• Microfaser (PET > 0,3 dtex) > 5 µm
• Bikomponentenfasern > 0,5 µm (Segmented Pie / Islands in the Sea)
• Melt Blown >/< 1 µm
• Trockenspinnen > 0,5 µm
• Zentrifugenspinnen > 100 nm
• Elektrospinnen > (10) 100 nm
http://www.evolon.de/mikrofilament-textil,10434,de/
Melt Blown, 500 mm
ITV Installation
Fasergeschwindigkeit errechnet aus Faser-Durchmesser
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 2 4 6 8 10 12Fiber Diameter [µm]
Fib
er V
eloc
ity [
m/s
]
0,004 cm³/(cap.*min)
0,04 cm³/(cap.*min)
0,40 cm³/(cap.*min)
Sonic Speed
Prozessparameter für Feinstfasern
• Geringer Durchsatz (= geringe Produktivität)
• Luftgeschwindigkeit
• Schmelzetemperatur (� Viskosität)
• Molmasse des Polymer (� Viskosität)
• Additive(� Viskosität)
• L/D
• DCD
Melt Blown
Polylactid (Cargill Natureworks)
VDI 3926; Zeitabhängiger Trenngrad von FiltermedienProbenfläche: 255 ; Staubart: Sikron SF 600; Rohgas konzentration 25 mg/m³; (t = 60 min)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,1 1,0 10,0
Partikeldurchmesser [µm]
Tre
nngr
ad
683-07-1
MB 0194-08-5g
683-07-1+MB-08
MB 0194-07-15g (t= 6 min)
683-07-1+MB-07
Melt Blown
dP < 7 Pa
Elektrostatisches Spinnen
HV1kV/cm
P
Polymer-
Reservoir
Polymer-Jet
Collector
Zentrifugen Spinnen
Polymer 8 % in DMAC (rechts)und DMAC Mischung (oben)
Zentrifugengesponnen 2,0 cm³/min
Zentrifugen Spinnen
Zentrifugen Spinnen Polylactid
Polylactid (Cargill Natureworks)
Ca. 3 g/m²
dP < 7 Pa
Zentrifugen Spinnen Polylactid
VDI 3926; Trenngrad von Filtermedien (60 min)Probenfläche: 255 ; Staubart: Sikron SF 600; Rohgas konzentration 25 mg/m³; (t = 60 min)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,1 1,0 10,0Partikeldurchmesser [µm]
Tre
nngr
ad
683-07-1
RS0195-01
RS0196-01
RS0197-01
MB0194-07
Cellulose Acetate
Zeitabhängiger Trenngrad von FiltermedienOriginal -1
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
0,9000
1,0000
0,10 1,00 10,00
Partikeldurchmesser [µm]
Tren
ngra
d
t = 6 min
t = 15 min
t = 30 min
t = 45 min
t = 60 min
dP 50 – 52 Pa
Zeitabhängiger Trenngrad von FiltermedienRS0158-01-04 - 1
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
0,9000
1,0000
0,10 1,00 10,00
Partikeldurchmesser [µm]
Tren
ngra
d
t = 6 min
t = 15 min
t = 30 min
t = 45 min
t = 60 min
Cellulose Acetate
aus 13% Essigsäure; 12 ml/min
Faser Durchmesser 1 µm
dP 55 – 65 Pa
Zeitabhängiger Trenngrad von FiltermedienRS0154-01 - 1
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
0,9000
1,0000
0,10 1,00 10,00
Partikeldurchmesser [µm]
Tren
ngra
d
t = 6 min
t = 15 min
t = 30 min
t = 45 min
t = 60 min
Cellulose Acetate
aus 5% Essigsäure; 12 ml/min
Faser Durchmesser 0,5 µm
dP 51 – 65 Pa
Zeitabhängiger Trenngrad von FiltermedienRS0172-03 - 1
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
0,9000
1,0000
0,10 1,00 10,00
Partikeldurchmesser [µm]
Tren
ngra
d
t = 6 min
t = 15 min
t = 30 min
t = 45 min
t = 60 min
Cellulose Acetate
aus 5% Essigsäure; 60 ml/min
Faser Durchmesser 0,2 µm
dP 51 – 78 Pa
Hills Inc.ITV
ITV
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 50 100 150 200
Pie count
Theoretical Diameter [µm]
© Hills Inc., FL, USAwith kind permission
Segmented Pie (Splittfaser)
Ausgangsfeinheit 2 dtex
Polymer: PET
n 1 16 64 185d [µm] 13,6 3,4 1,7 1
Bikomponenten Fasern
STFI, with kind permission
Splittfasern
Hills Inc.
ITV
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 100 200 300 400 500 600
Islands per Filament
Theoretical Diameter [µm]
n 1 64 240 600d [µm] 13,6 1,2 0,6 0 ,42
Islands-in-the-Sea
Ausgangsfeinheit 2 dtex
Polymer: PET
Fläche (Inseln/Filament) 70%© ITV 2005
Bikomponenten Fasern
Poröse Fasern
Nanoporöse trocken-
gesponnene Faser (ITV)
Microcellular Polyester fiber
(Wellman Inc. USA MCP™)
Bikomponenten Spinnen
4 end FDY bicomponent3 - 20 kg/h 2 x BARMAG 3 E2 x BARMAG spin pumpHILLs spin beamC/S; SxS; (IiS; Pie)2 BARMAG godets2 DIENES duo godetsBARMAG Craft winder
Bikomponenten Spinnen
Wir danken für die Förderung der Forschungsvorhaben:
”Forschungskuratorium Textil e.V.” aus dem Haushalt d es ”Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA)” über die ”Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto-von-Guericke” e.V. (AiF )” (AiF-No. 14052)
von ProInno und
des BMBF (FKZ 01RI05266)
Vielen Dank!
www.itv-denkendorf.de