Multifunktionale poröse Fasern zur Schall- und Thermoisolierung

Das Ziel des Forschungsvorhabens "FibreFoam" bestand in der Entwicklung von porösen Faserstrukturen auf Basis des Schmelzspinnprozesses. Die dafür benötigte Porenbildung wurde durch eine temperaturinduzierte Zersetzung von chemischen Treibmitteln, welche Gase freisetzen, erreicht. Zur Aktivierung der Treibmittel wurden zwei unterschiedliche Prozessrouten verfolgt.

Bei der externen Treibmittelaktivierung trat die Zersetzung der Treibmittel erst außerhalb des Spinnsystems ein. Hierzu wurde mit einer Nachheizstrecke direkt unterhalb des Düsenaustritts gearbeitet. Die eingesetzten Temperaturen lagen oberhalb der Verarbeitungstemperatur, um die temperaturinduzierte Zersetzung der Treibmittel zu gewährleisten. Bei dieser Prozessroute konnte jedoch kein Materialsystem gefunden werden, welches die gesamten Anforderungen an einen stabilen Spinnprozess erfüllt. Die zur Faserstabilisierung benötigten Schmelze-Steifigkeit führte zu scherungsinduzierten Temperaturspitzen und damit zu verbundenen Faserabrissen, was wiederum in der Nachheizstrecke eine verfrühte Treibmittelaktivierung bewirkte.

Als vielversprechender erwies sich die zweite Prozessführung, bei der die Zersetzung der Treibmittel innerhalb des Spinnsystems im Extruder hervorgerufen wurde. Bei einem Extruderdruck von ca. 30 bar diffundiert das entstandene Gas in der Kunststoffschmelze und es bilden sich Poren durch den Druckabfall am Düsenaustritt. Die Faden- und Porenbildung waren stabil ohne Filamentabrisse. Die Porengröße und -anzahl konnte hierbei über die Spinntemperatur und dem Düsendruck eingestellt werden. Die höchste erzielte Porosität lag bei 50 %. Durch den anlagenbedingten sehr großen Unterschied (Faktor 100) zwischen Düsenaustrittsgeschwindigkeit und minimaler Wickelgeschwindigkeit wurden die erzeugten Poren stark verformt, weswegen es zu Filamentabrissen kam und die porösen Fasern nicht aufgewickelt werden konnten.

Aufgrund der fehlenden Wickeleigenschaften konnten im Rahmen des Forschungsprojektes keine textilen Halbzeuge hergestellt und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der Schallabsorption und der Wärmeisolierung untersucht werden.