Ziel der Entwicklung

Logo: Verteilung der Filamentdurchmesser eines Meltblown-Vliesstoffes und Darstellung einer zugehörigen Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, © Patrick Reinhardt, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.
Verteilung der Filamentdurchmesser eines Meltblown-Vliesstoffes und Darstellung einer zugehörigen Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme, © Patrick Reinhardt, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung einer umfassenden Prüfmethodik zur objektiven und reproduzierbaren Bestimmung der Filamentdurchmesserverteilung von Meltblown-Vliesstoffen. Für den Entwicklungsprozess der Prüfmethoden wurden neben technischen auch marktwirtschaftliche Aspekte berücksichtigt. Meltblown-Vliesstoffe werden in einem breiten Anwendungsfeld eingesetzt. Dazu gehören unter anderem die Luft- und Flüssigkeitsfiltration, Medizinprodukte, Bekleidung, Heim- und Haushaltstextilien sowie bestimmte Hygieneartikel. Bei Hygiene- und Medizinprodukten wirkt sich die Filamentdurchmesserverteilung der Meltblown-Vliesstoffe auf das Griff- und Hautempfinden aus. So fühlen sich Vliesstoffe, deren Filamentdurchmesserverteilung durch viele feine und dünne Filamente bestimmt wird, häufig weicher und angenehmer an. Die Bestimmung der Filamentdurchmesserverteilung von Meltblown-Vliesstoffen ist daher essentiell und wird zwar partiell von Prüflaboren angeboten, allerdings mangelt es bei den Prüfungen an einer einheitlichen und umfangreichen Vorgehensweise in Form einer hinreichend harmonisierten Prüfmethode. Die Messresultate schwanken daher zwischen verschiedenen Prüflaboren, können allerdings auch innerhalb eines Prüflabors variieren. Einflüsse durch die Messhardware, den Prüfer oder das Probenmaterial selbst werden bislang nicht vollkommen erfasst und innerhalb der Prüfung berücksichtigt. Für den Endkunden ist dadurch ein Vergleich mehrerer Meltblown-Vliesstoffe auf Grundlage des Parameters – Filamentdurchmesserverteilung - am Markt nur schwer bis gar nicht durchführbar. Dieser Missstand erschwert letztlich die Auswahl eines geeigneten Produktes für die Applikation. Dies war letzendlich der Ausgangspunkt für das oben genannte Forschungsvorhaben.

Vorteile und Lösungen

Im Vorhaben wurden zwei verschieden funktionierende Prüfmethoden erarbeitet und miteinander verglichen: Die „Live“-Messung und die bildanalytische Messung. Dazu erfolgten Untersuchungen zu möglichen Einflussfaktoren wie zum Beispiel die Probenahme und -vorbereitung, die Messgeräteeinstellung und die Subjektivität des Prüfers auf das Messresultat der Filamentdurchmesserverteilung. Unter Beachtung mathematisch-statistischer und marktwirtschaftlicher Aspekte wurden Konzepte zur Probenahme und -vorbereitung erarbeitet. Einstellparameter des Rasterelektronenmikroskops wie zum Beispiel die Beschleunigungsspannung, die Spot-Size und die Bildabtastrate wurden in Hinblick auf die Erzeugung kontrastreicher rauscharmer Aufnahmen optimiert. Zusammenhänge verschiedener Bildparameter wie zum Beispiel die Vergrößerung, die Bildauflösung, die Pixelgröße und die Bildfläche wurden analysiert. Durch gezielte Festlegungen und Messbedingungen konnte der subjektive Einfluss des Prüfers bei beiden Prüfmethoden minimiert werden. Innerhalb des Vorhabens wurde für die bildanalytische Prüfmethode ein Analysealgorithmus entwickelt, wodurch eine halbautomatische Messung und Auswertung der Filamentdurchmesser von Meltblown-Vliesstoffen ermöglicht wurde. Der Algorithmus wurde getestet und dessen Informationsgehalt an Realproben untersucht. Es erfolgte ein systematischer Vergleich der beiden entwickelten Prüfmethoden, wobei letztlich die bildanalytische Prüfmethode zur Messung der Filamentdurchmesserverteilung von Meltblown-Vliesstoffen aufgrund marktwirtschaftlicher und mathematisch-statistischer Aspekte präferiert wurde. Es wurde eine zugehörige Prüfanweisung erstellt.

Zielgruppe und Zielmarkt

Im Vorhaben wurde eine Methode zur Quantifizierung der Filamentdurchmesserverteilung von Meltblown-Vliesstoffen mit höchster Industrierelevanz entwickelt. Unternehmen der Textilbrache in Deutschland erwarten Innovationen, um ihre Materialien und Anlagentechnik weiter zu entwickeln und einsatzzielbezogener zu verkaufen. Die im Vorhaben entwickelte Prüfmethodik liefert eine Lösung zur Quantifizierung der Filamentdurchmesserverteilung von Meltblown-Vliesstoffen und damit eine Möglichkeit zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit dieser Produktgruppe. Diese Möglichkeit der produktbezogenen Parameterdokumentation wird zu einer Absatzsteigerung am Markt führen, da für Kunden eine bessere Vergleichbarkeit unterschiedlicher Produkte besteht. Darüber hinaus ermöglichen die Projektresultate Vliesstoff-Produktionsanlagen zielgerichtet und transparent zu entwickeln und zu optimieren. Anlagenhersteller können Einsatz- und Grenzbereiche ihrer Maschinen genauer definieren und dadurch besser vermarkten. Für die Verfahrens- und Maschinenentwicklung der Anlagenhersteller bietet die robuste einheitliche Messmethode eine wichtige Grundlage zur Maschinenoptimierung unter Berücksichtigung von Kosten- und Zeitfaktoren. So werden die Forschungsresultate einen Beitrag zu zukünftigen Entwicklungsprozessen zur Erzeugung von Meltblown-Vliesstoffen mit Feinstfilamenten leisten. Von den Forschungsvorhaben partizipieren insbesondere Vliesstoffhersteller und dahingehende Produktionsanlagenhersteller, Endkunden, Prüfeinrichtungen und Laboratorien. Eine anteilmäßige Übertragung von Forschungsresultaten auf andere Bereiche, wie zum Beispiel der Spinnvliesstoffe, der Stapel- und Filamentgarne oder der Papierindustrie ist denkbar. Dies öffnet die Möglichkeit zur Entstehung weiterer Absatzmärkte.