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Erfolgreiche Testserien auf der SIM.PLY UD, vor allem im Bereich Personenschutz

UD-Tapes mit geringem Gewicht und hoher Performance

Zur ITMA in Barcelona im Juni 2019 stellte KARL MAYER Technische Textilien dem weltweiten Composite-Publikum seine neue SIM.PLY UD als eine Anlage zur Verarbeitung von Glasfasern und Polypropylen vor. Nur wenige Monate später starteten die ersten Kundenversuche auf der innovativen Anlage, die auf die Herstellung thermoplastischer unidirektionaler Tapes (UD-Tapes) mittels Faserspreiztechnologie spezialisiert ist. Im Laufe des vergangenen Jahres wurden die Verarbeitungstests intensiviert und auf Kundenwunsch auch weitere Materialkombinationen eingesetzt. So wurden u. a. hochfeste Polyethylen- und Zelluloseregeneratfasern verwendet.

Die gefertigten Muster wecken großes Interesse. Insbesondere aus Europa, aber auch aus Südostasien kommen Anfragen, vor allem zu den Varianten aus hochfestem Polyethylenmaterial, die, mit einer Folienbeschichtung versehen, als innovative Lösungen für den Bereich Personenschutz für Aufmerksamkeit sorgen. Heute laufen hierzu im Anwendungszentrum von KARL MAYER Technische Textilien in Chemnitz verschiedene Versuchsserien auf der SIM.PLY UD.

Mehrlagensysteme für hohe Schutzwirkung und ein bequemes Tragen

Schutzbekleidung – unverzichtbar beispielsweise im Alltag von Sicherheits- und Polizeikräften – muss neben einer wirksamen Gefahrenabschirmung einen hohen Tragekomfort bieten. Hierfür wird sie mit Schutztextilien als Zwischenlagen ausgestattet. Die eingearbeiteten vorkonfektionierten Lagenpakete sind für mehr Bequemlichkeit zunehmend leichter und dünner zu gestalten, müssen aber gleichzeitig Langzeitstabilität gegenüber Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung und Temperatur bieten. Insbesondere eine Minderung des Energieabsorptions- und Dämpfungsvermögens und die Versprödung des Materials sind zu vermeiden. Die Garantiezeit für die Schutzwirkung beträgt in der Praxis mindestens zehn Jahre.

Zur Erfüllung der hohen Anforderungen bestehen Körperschutztextilien üblicherweise aus polymeren Verstärkungsfasern. Die gebräuchlichsten hierunter sind Varianten aus aromatischem Polyamid (PA), auch bekannt als Aramid, oder ultrahochverstrecktem Polyethylen (UHMWPE). Das bekannteste Produkt hierbei ist Dyneema® von DSM.

Die polymeren Verstärkungsfasern werden direkt nach dem Ausspreizen gestreckt und in ebenfalls polymere thermoplastische Folien oder aushärtende Polymerdispersionen mit idealer Orientierung eingebettet. Es entstehen sehr dünne unidirektionale Lagen, die für eine optimale Schutzwirkung immer im Wechsel von 0°- und 90°-Faserorientierung übereinandergeschichtet werden. Die fertigen Mehrlagen-Schutzpakete, sogenannte Cross-Plies, können aus bis zu 140 Einzellagen bestehen.

Einzellagen mit geringem Gewicht, guter Fixierung und hoher mechanischer Performance

Die Spreiz- und Folienbeschichtungstechnologie der SIM.PLY UD macht die Herstellung extrem dünner und damit leichter Einzellagen möglich. Insbesondere UHMWPE-Fasern können derart gleichmäßig ausgespreizt werden, dass im Mittel nur noch zwei bis drei Einzelfilamente der Faserbündel übereinanderliegen. Für die Herstellung von Schutztextilien kommt dabei PE-Rovingmaterial der Feinheit 800 den (89 tex) oder 1.600 den (178 tex) als Ausgangsmaterial zum Einsatz. Zur Fixierung werden die Fasern einseitig mit einer PE-Folie der Stärke 10 µm beschichtet. Es entstehen Einzellagen mit einem Flächengewicht von unter 40 g/m². Zudem wird ein fester Verbund gebildet. Grundlage hierfür sind die gleichen, aber unterschiedlich bearbeiteten Polymere der ausgespreizten Fasern und der Folie. Durch die Hochverstreckung der Fasern bilden die PE-Molekülketten während der Herstellung ein hochkristallines Netzwerk aus, das die Fasern bei einer leicht höheren Temperatur schmelzen lässt als die PE-Folie. Aufgrund des unterschiedlichen Schmelzpunkts kann die Folie während des Beschichtungsprozesses leicht angeschmolzen werden und die noch temperaturstabilen Fasern fixieren. Deren außergewöhnlich hohes Leistungsprofil bleibt dabei unbeeinträchtigt. Voraussetzung für das durchdachte Verfahren ist eine sehr präzise Temperatursteuerung, wie sie die SIM.PLY UD mit ihren Imprägniermodulen bietet.

Erste Funktionsmuster, weitere Arbeiten

Für Kundenversuche wurden auf der SIM.PLY UD bereits mehrere Muster hergestellt, die nun von den Auftraggebern auf ihre Schutzwirkung getestet und weiterverarbeitet werden. Zudem entstanden im Anwendungszentrum von KARL MAYER Technische Textilien Handmuster aus Cross-Ply. Hierfür wurden manuell 0°- und 90°-Lagensysteme hergestellt und auf der SIM.PLY UD laminiert. Das Unternehmen arbeitet an einer automatisierten Lösung mit einer geeigneten Legetechnik für die Umsetzung einzelner Cross-Ply-Lagen. Die Basis hierfür ist eine langjährige Erfahrung im Bereich der Multiaxial-Legetechnik, die beispielsweise bereits für die Entwicklung der erfolgreichen COP MAX 5 genutzt wurde. In den kommenden Monaten wird zunächst ein Versuchsprogramm gestartet, um das textile Verhalten derart dünn und fein ausgespreizter Textilstrukturen mit einseitiger Folienbeschichtung während der Handhabung im Legeprozess zu untersuchen und geeignete Funktionsprinzipien zu finden.

 

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: Das Spreizmodul der SIM.PLY UD , in dem die Fasern auf eine definierte Teilung ausgebreitet werden

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