MoniCareTex – Protektor / Entwicklung von dilatanten Fluiden und Flüssigkeren-Fasern
Projektleiter: Dr. Lars Blankenburg
Projektnummer: BMWK / ZIM, 16KN093632
Laufzeit: 01.09.2020 – 28.02.2023
Aufgabenstellung
Gerade für ältere Menschen sind die Folgen eines Sturzes oft dramatisch. Für die Prävention von schwerwiegenden Schäden, von Knochenbrüchen und anderen schweren Verletzungen können Protektoren genutzt werden. Die Akzeptanz zur Nutzung von Protektoren ist jedoch von der Qualität und dem Tragekomfort dieser Hilfsmittel abhängig. Heutige Protektoren haben diesbezüglich Defizite, woraus sich die Zielstellung für die Arbeiten der Partner aus Unternehmen und Wissenschaft im ZIM-Verbund ableitete, nämlich textile Protektoren zu entwickeln, die erst bei Bedarf ihre Schutzwirkung entfalten – also „intelligent“ funktionieren – und zudem textil gestaltet einen guten Tragekomfort aufweisen. Im Projekt sollten erstmals unter industriellen Bedingungen sogenannte dilatante Fluide in Garne und textile Flächen integriert und diese als Schlag- und Stoßenergieabsorption bzw. -dissipation in den neu zu entwickelnden intelligenten Protektoren genutzt werden.
Ergebnisse
Im abgeschlossenen ZIM-Kooperationsvorhaben, welches aus dem Netzwerk „MoniCareTex“ hervorging, konnten spezielle nicht-newtonsche Flüssigkeiten entwickelt und erstmalig in spezieller Weise textil verarbeitet werden. Das Besondere an diesen sogenannten dilatanten Fluiden ist ihr einzigartiges rheologisches Verhalten. Die fließfähigen Substanzen verfestigen sich nämlich bei zunehmender Scherung, was zur Energieabsorption und -dissipation genutzt werden kann. Beginnend mit der Materialsynthese, die optimiert und in den Kilogramm-Maßstab überführt werden konnte, über die Faserherstellung mittels Schmelzspinntechnologie und die Garnentwicklung durch Verzwirnen bis hin zum Versticken der Fäden ließ sich die anvisierte Applikation, nämlich einen textilen Schockaborber zu erzeugen, realisieren. Erstmals ließen sich Multifilamente erzeugen, welche im Inneren dieser sogenannten Kern-Mantel-Fasern das nicht-newtonsche Fluid beherbergen. Von immenser Bedeutung war hierbei das Zusammenspiel aller beteiligten Partner im Forschungsverbund, so dass schließlich die entwickelten Einzelkomponenten in Form bestickter Flächen, verkapselten Protektor-Pads und textilen Hüllenkonstruktion erfolgreich zu einem funktionierenden, tragbaren Knieprotektor-Prototypen zusammengefügt werden konnten (Abb. 1). Der Funktionsnachweis konnte an eigens entwickelten Impact-Prüfungen und durch Standardtest bestätigt werden. Das Verständnis von Zusammensetzung des dilatanten Fluids und der damit einhergehenden Eigenschaftsveränderung konnte über Fallexperimente mit Abdruck- und Rückprall-Messung deutlich erweitert werde. So konnte festgestellt werden, dass ein eingearbeiteter Füllstoff deutlich zur Energiedissipation bei Impact beiträgt, die Funktion allerdings auch ohne diesen vom textilen Stoff selbst übernommen werden kann. Das pure dilatante Fluid erfüllt als 1 cm dicker Film die Motorrad-Norm EN 1621-1:2012 („Gelenk“, 50 Joule-Impact) und das sogar im anspruchsvollerem Level 2, wobei lediglich 20 kN Restkraft toleriert werden.
Anwendung
Neben der im Netzwerk „MoniCareTex“ avisierten Schutzbekleidung für Senioren können die neuen Materialien auch für weitere Schutzbekleidung aller Altersklassen oder auch für Berufsbekleidung eingesetzt werden. Bei vielen Sportarten ist der passive Schutz vor ernsthaften Verletzungen durch plötzliche Zusammenstöße unverzichtbar.
