13/06/2019 – Dustin Ahrendt, Sybille Krzywinski, Heike Hund, Kathrin Pietsch

Textilmaterialunabhängiges Hochfrequenz-Schweißen

Mit dem Hochfrequenzschweißen (HF-Schweißen) als Fügeverfahren lassen sich hochfeste Nähte mit mehr als 60 % relativer Nahtfestigkeit realisieren.

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Zielsetzung

Das Ziel des IGF-Projektes 19142 BR war es, die Anwendbarkeit des HF-Schweißens für eine größere Materialvielfalt, insbesondere für unpolare Textilien und Beschichtungen (z.B. Polypropylen (PP), Polyethylen (PE)) zu erweitern.

Motivation und Vorgehen

Die hochproduktive Fügetechnologie des HF-Schweißens ist bislang lediglich auf wenige polare thermoplastische Faser- und Beschichtungspolymere, vorrangig Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastische Polyurethane (TPU) und einige Polyamide (PA) beschränkt, was die Anwendung stark limitiert. Insbesondere sind attraktive umweltfreundliche weich-PVC-Ersatzmaterialien (z. B. Polyolefine (PO)) für die Bereiche Membranbau und textile Architektur aufgrund der unpolaren Materialeigenschaften nicht zugänglich.

Deshalb wurde der Einfluss verschiedener Vorbehandlungsmethoden, u. a. Plasmabehandlung, und Prozessparameterkombinationen auf die resultierende Schweißnahtfestigkeit untersucht. Zielgröße war die Herstellung von HF-Schweißnähten mit einer Nahtfestigkeit von mindestens 60 % der Festigkeit des Flächenmaterials.

Ergebnisse und Anwendungen

Insbesondere ermöglichte der Einsatz von speziellen Isolationsfolien in der Fügezone einen verbesserten Wärmeeintrag in die  Grenzflächen und somit das erfolgreiche Fügen unpolarer Textilmaterialien mittels HF-Schweißtechnologie. Die an Funktionsmustern aus den Produktkategorien Schutz-  und Architekturtextilien realisierten relativen Nahtfestigkeiten liegen im Bereich der anvisierten 60 %. Weiterhin konnte der Nachweis der Haltbarkeit der HF-Schweißnähte an Membrantextilien aus PVC-freien Materialien, z. B. nach UV-Einwirkung erbracht werden. Ebenso wurde die Beständigkeit von HF-Nähten an Textillaminaten für Schutztextilien nach 50 Pflegezyklen untersucht. Bei der Verwendung der Isolationsfolien entfallen im Gegensatz zu Hotmelt-Klebefolien zusätzlich in die Schweißnaht eingebrachte adhäsive Materialien, so dass Einstoffsysteme realisiert werden können, was sich positiv im Hinblick auf das Recycling auswirkt.

Weiterhin wurde die Plasma-Jet-Technologie zur lokalen Grenzflächenmodifikation im Fügebereich untersucht. Damit konnten zwar funktionelle Gruppen und Oberflächenpolaritäten  auf dem Flächenmaterial  erzeugt, jedoch  bislang noch nicht wirksam in belastbare HF-Schweißnähte umgesetzt werden. Die Untersuchungen werden fortgesetzt.

 Gesetzlich formulierte Ziele, wie die Schaffung von Einstoffsystemen, besitzen für die Industrie höchste Priorität. Nach Umsetzung der im Rahmen der Projektarbeiten präferierten Lösungsansätze für das HF-Schweißen von umweltfreundlichen Materialien (PO ) wird es für KMU möglich, die volkswirtschaftlichen und gesellschaftlichen Zielanforderungen im Hinblick auf Klimaschutz und Gesundheitsvorsorge zu erfüllen und aus den ökologischen Vorteilen auch einen wirtschaftlichen Nutzen zu erzielen. Durch den Einstieg in die Herstellung und Verarbeitung technischer Textilien auf  PO-Basis ist dadurch eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU möglich.

Die realisierte Erweiterung des Anwendungsbereichs des HF-Schweißens trägt zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von Textilbetrieben, insbesondere KMU, bei. Die mögliche Substitution von teuren (PU) oder ökologisch problematischen Materialien (PVC) durch preisgünstigere (PP) oder natürliche Werkstoffe dient volkswirtschaftlichen und gesellschaftlichen Zielen.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 19142 BR der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 12-14, 10117 Berlin, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt:

Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM), TU Dresden, Dresden
M.Sc. Dustin Ahrendt
E-Mail: dustin.ahrendt@tu-dresden.de
Tel.: +49 (0) 351 463-39319
http://tu-dresden.de/mw/itm