Hüpfende Knete – vom Spielzeug zum textilen Schockabsorber-System

Die Integration von Zusatzfunktionen in Fasern, Garne und letztlich in textile Materialkonstruktionen sowie deren individuelle Adaption an Nutzungsumgebung, -bedingungen oder Applikationsfelder sind aktuelle Megatrends bei der Erforschung und Entwicklung innovativer Faden-, Garn- oder Textilstrukturen sowie darauf basierender Produkte. Für die Verbesserung des Schutzes und der Sicherheit von Menschen in nahezu allen Lebensbereichen reichen die Entwicklungen dabei von berufsbedingtem Körperschutz durch Hochleistungs-Protektoren (Militär oder besondere Berufsbekleidung) bis hin zu Schutzsystemen vor allem für den Sport- und Freizeitbereich.

Hier sind Motorradkombis und Sportbekleidung mit Ellenbogen-, Schienbein- und Knieschonern als Beispiele zu nennen. Bislang führen solche Protektoren allerdings aufgrund ihrer geringen mechanischen Bieg- und Verformbarkeit sowie ihrer Größe zu eingeschränkter Beweglichkeit und zu unzureichendem Tragekomfort. Hier setzt das vorwettbewerbliche Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) mit dem Ziel an, textile Schockabsorber zu entwickeln, die mechanisch flexibel sind und ein hohes Maß an textilem Charakter besitzen.

Ergebnisse

Im Vorhaben konnten erstmals dilatante Fluide, die bislang als Spielzeug angewendet lediglich ein Nischendasein führen, der thermoplastischen Verarbeitung in der Form zugänglich gemacht werden, dass diese nach einem Bikomponenten-Schmelzspinnprozess im Inneren sogenannter Kern-Mantel-Fasern fixiert vorliegen. Das Besondere der Materialklasse liegt in ihrer Eigenart bedingt, sich bei abruptem Schlag bzw. Stoß zu verfestigen, was sie als Protektor-Materialien attraktiv macht. Auf dem Weg dahin wurde im Rahmen der Forschungsarbeiten eine stabile Syntheseroute zur Herstellung des dilatanten Basismaterials erfolgreich entwickelt und etabliert und bis zu Ansatzgrößen von 300 g aufskaliert.

Die Materialien sind rheologisch untersucht und vielfältig charakterisiert worden. Dabei ist vor allem der Aufbau eigener kreativer Lösungen zur nicht-trivialen Prüfung der Fluide in Bezug auf ihr Schockenergie-Absorptionsvermögen zu erwähnen. Insbesondere spezielle Fallversuche konnten später ebenfalls für die Testung textiler Proben genutzt werden. In Zusammenarbeit mit KMU des „Projektbegleitenden Ausschusses“ gelang nämlich der erhoffte Nachweis der Machbarkeit für die textile Verarbeitung der neuen, dilatant gefüllten Fäden (s. Abb.). Gestricke, Gewebe und Gewirke ließen sich im kleinen Maßstab unter industriellen Bedingungen produzieren. Aspekte mit zukünftigem Optimierungsbedarf konnten klar identifiziert werden, z.B. das Containment der dilatanten Fluide im Kern der Filamente nach mechanischer Beanspruchung.