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