Ziel der Entwicklung
Aus der Industrie – insbesondere aus den Bereichen technische Textilien, Filtration, Elektrotechnik und nachhaltige Materiallösungen – besteht ein wachsender Bedarf an funktionalisierten Fäden mit spezifisch einstellbaren Eigenschaften. Unternehmen benötigen zunehmend Materialien, die zusätzliche Funktionen übernehmen können, beispielsweise elektrische Leitfähigkeit bzw. definierte elektrische Widerstände, thermische Sicherungsfunktionen oder abschirmende Eigenschaften für technische Anwendungen. Gleichzeitig steigt der Druck, nachhaltigere Materialien und ressourcenschonende Herstellungsverfahren einzusetzen.
Ein zentraler Impuls aus der Wirtschaft war daher die Nachfrage nach Fäden, die als hochohmige Leiter oder Schmelzsicherungen eingesetzt werden können, etwa in sicherheitsrelevanten Anwendungen, zur Abschirmung oder in textilintegrierten elektrischen Systemen. Ebenso wächst der Bedarf an funktionalen Monofilamenten, die beispielsweise in Filtergeweben, Siebstrukturen oder technischen Geweben verwendet werden und dort zusätzliche Funktionen, z. B. Heizen ermöglichen können. Darüber hinaus gewinnen recycelte Fasern zunehmend an Bedeutung, da Unternehmen ihre Produkte stärker an Nachhaltigkeitszielen und Kreislaufwirtschaftskonzepten ausrichten müssen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Herausforderung darin, bestehende Beschichtungstechnologien so weiterzuentwickeln, dass sie auf unterschiedliche Fadenmaterialien übertragbar sind und gleichzeitig neue funktionale Eigenschaften ermöglichen. Bisherige Lösungen sind häufig material- oder anwendungsspezifisch und lassen sich nur eingeschränkt auf andere Fadenarten übertragen.
Ziel des Projektes ist daher die Erweiterung der bestehenden Produktpalette und die Erschließung neuer Anwendungsfelder, indem die entwickelte Fadenbeschichtungstechnologie zur Herstellung hochohmiger Fäden auf weitere Fadenmaterialien übertragen wird. Dazu zählen insbesondere Monofilamente, Garne auf Basis recycelter Fasern sowie Schmelzklebegarne. Durch die funktionale Beschichtung dieser Materialien sollen neue Einsatzmöglichkeiten in technischen Textilien, Filtrationsanwendungen sowie in elektrisch oder thermisch funktionalisierten Fadensystemen geschaffen werden.
Ein weiterer Entwicklungsansatz besteht in der Integration von Vor- und Nachbehandlungsprozessen, um die Haftung der Beschichtung, die Gleichmäßigkeit der Schicht sowie die resultierenden funktionalen Eigenschaften gezielt zu verbessern. Dadurch sollen Fäden mit optimierten elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften entstehen, die den steigenden Anforderungen industrieller Anwendungen sowie den Nachhaltigkeitszielen moderner Produktionssysteme gerecht werden.
Insgesamt adressiert das Projekt somit sowohl den wirtschaftlichen Bedarf nach neuen funktionalen Materialien als auch den Trend zu nachhaltigen und ressourceneffizienten Lösungen, indem innovative Beschichtungstechnologien auf ein breiteres Spektrum von Fadenmaterialien übertragen werden.
Vorteile und Lösungen
Das Ziel, hochohmige Spezialfäden für ableitende, abschirmende und sensorintegrierte Textilien sowie textile Sicherheitselemente zu entwickeln, wurde durch die systematische Anpassung und Weiterentwicklung einer bestehenden Fadenbeschichtungstechnologie erreicht. Als zentraler Lösungsansatz wurde die Beschichtung von Fäden auf verschiedene Materialien – Mono- und Multifilamente sowie Schmelzklebegarne, darunter auch nachhaltige und recycelte Fasern – übertragen, wobei die Verfahrensschritte speziell auf die Eigenschaften des jeweiligen Fadens abgestimmt wurden. Dabei wurden sowohl Vorbehandlungen als auch Nachbehandlungen eingesetzt: Vorbehandlungen, wie klassische nasschemische Verfahren oder chemische Gasphasenabscheidung (C-CVD), bereiteten die Fäden optimal für die Beschichtung vor, indem sie die Oberfläche reinigten und die Haftung der Beschichtung verbesserten. Nachbehandlungen, einschließlich mechanischer Oberflächenmodifikation und reibungsminimierender Schichten, sorgten dafür, dass die beschichteten Fäden robust gegenüber Abrieb und mechanischer Belastung bleiben und gleichzeitig ihre elektrische Leitfähigkeit erhalten.
Ein weiterer Entwicklungsschritt bestand darin, eine sogenannte Primerschicht als erste Beschichtungsschicht einzusetzen. Diese Schicht verbessert die Haftung und ermöglicht, die nachfolgenden kohlenstoffhaltigen Schichten zu reduzieren, wodurch Materialkosten gesenkt und die Effizienz des Beschichtungsprozesses erhöht werden. Zusätzlich wurden die Schichtstrukturen und Behandlungsreihenfolgen systematisch angepasst, um die gewünschten Zielparameter zu erreichen: elektrische Widerstände zwischen 1 und 1000 kΩ/m, eine maximale Abweichung von 10 % auf 1 m Faden sowie nur geringe Veränderungen von Zugkraft und Dehnung gegenüber den ursprünglichen Fäden.
Insgesamt zeigt der Ansatz, dass durch eine Kombination aus materialangepasster Vorbehandlung, optimiertem Schichtaufbau und gezielten Nachbehandlungen eine kontrollierte und stabile leitfähige Beschichtung realisiert werden kann. Auf diese Weise konnten die Fäden die erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften erreichen, ohne ihre Flexibilität oder Verarbeitungseigenschaften einzuschränken.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die entwickelten hochohmigen Spezialfäden richten sich primär an zwei Zielgruppen: zum einen an Fadenhersteller, die ihr Produktportfolio erweitern und ihre Marktposition im Vergleich zu Wettbewerbern stärken möchten, und zum anderen an Unternehmen, die funktionale Textilien herstellen und dabei neue Produkte mit ableitenden, abschirmenden oder sensorischen Eigenschaften entwickeln wollen. Die Zielmärkte erstrecken sich von industriellen Anwendungen im Automobil- und Maschinenbau über die Medizintechnik und den Bereich smarter Kleidung bis hin zu Smart-Textiles-Anwendungen in Elektrotechnik, Pflege und Sicherheit. International ergeben sich Einsatzmöglichkeiten insbesondere in Europa, Nordamerika und Asien, wo die Nachfrage nach leistungsfähigen, leitfähigen und zugleich nachhaltigen Textilmaterialien stetig wächst.
Anwender profitieren, da sie Fäden mit gezielt einstellbarem elektrischen Widerstand erhalten, die gleichzeitig mechanisch belastbar, chemisch und thermisch beständig sind und ihre textilen Eigenschaften wie Flexibilität, Drapierbarkeit, Atmungsaktivität und gute Verarbeitung beibehalten. Das geringe Gewicht der Fäden ermöglicht zudem Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung entscheidend ist, beispielsweise in Fahrzeugtextilien. Durch die hohe Gleichmäßigkeit des elektrischen Widerstands auf kleinen Fadenabschnitten lassen sich funktionale Textilien mit reproduzierbarer Leistung herstellen, wodurch innovative Produkte wie frei schneidbare Heiztextilien, abschirmende Gewebe, leitfähige Sensorstrukturen oder textile Sicherheitselemente realisiert werden können.
Der Transfer der Forschungsergebnisse in Anwenderunternehmen erfolgt über mehrere Kanäle: Bereitstellung von Prototypen, Demonstrationen und Schulungen erleichtern die praktische Anwendung; Lizenzmodelle und gemeinsame Entwicklungsprojekte ermöglichen die Integration in bestehende Produktionsprozesse. Auf diese Weise können Unternehmen die Technologie direkt nutzen, ohne umfangreiche eigene Entwicklungsressourcen aufbauen zu müssen.
Für die Forschungseinrichtung ergeben sich aus der Entwicklung sowohl wirtschaftliche als auch strategische Effekte. Dazu zählen die Stärkung der Innovationskompetenz, die Erschließung neuer Kooperationen mit Industriepartnern, zusätzliche Einnahmequellen durch Lizenzen oder Auftragsforschung sowie die Erhöhung der internationalen Sichtbarkeit im Bereich funktionaler und nachhaltiger Textilien. Erste Anwendungsbeispiele belegen den praktischen Nutzen: Die hochohmigen Spezialfäden auf Basis von recyceltem Polyester wurden erfolgreich in leitfähige Sensorstrukturen integriert. Diese Demonstrationen zeigen, dass die Technologie bereits marktfähige Lösungen liefert und unmittelbar in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden kann.
Insgesamt ermöglicht die entwickelte Beschichtungstechnologie eine wirtschaftliche Fertigung qualitativ hochwertiger, maßgeschneiderter hochohmiger Spezialfäden, die Unternehmen neue Produktentwicklungen und Marktvorteile eröffnet, während die Forschungseinrichtung ihre Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit stärkt.
