Einleitung, Rohstoffe und Fasern Flashcards
Nennen Sie 9 Anwendungsgebiete von Technischen Textilien („XXX-Tech“) und jeweils 2 Beispiele für textile Produkte.
- Agrotech: Ernteverfrühungsvliese, Fischreusen
- Buildtech: Textilbewehrter Beton, Membrandächer
- Clothtech: Schutzbekleidung, Spezialschuhe
- Indutech: Filter, Keilriemen
- Medtech: Implantate, Hygienartikel
- Mobiltech: Automobil, Fahrrad
- Oekotech: Recycling, Umweltschutz
- Protech: Hitze- und Kälteschutz
Sporttech: Surfbretter, Segel
Wie groß ist das jährliche Wachstum des Markts für technische Textilien ungefähr?
Global: 5%
Deutschland: 5 -10%
Europa: 10%
In welchem Wertebereich [dtex] liegen üblicherweise die Garnfeinheiten technischer Garne?
Feinheit: 5 - 10dtex
Typische Titer: 400 - 2000 dtex
Skizzieren Sie den inneren Aufbau von Polymeren zur Fasererzeugung. Welche beiden Bereiche werden üblicherweise unterschieden?
Amorphe und kristalline Bereiche
Wie hoch ist der Kristallinitätsgrad technischer Garne üblicherweise?
30 - 50%
Polyamid: 15 - 45%
Polyester: 10 - 40%
Polypropylen (isotaktisch): 70 - 80%
Polyethylen: 70 - 85%
Warum besitzen Polyester und Polyamide deutlich höhere Festigkeiten als Polypropylen?
Langgestreckte Ketten und hohe intermolekulare Kräfte
-> gute Festigkeit
Warum werden bei der Erzeugung technischer Filamentgarne meist 2 Reaktoren zur Polymerbildung eingesetzt?
Aus dem ersten Reaktor erhält man ein Prepolymer mit geringer Kettenlänge. Durch den zweiten Reaktor erhält man deutlich längere Ketten
Skizzieren Sie eine Maschine zur batchweisen Herstellung von hochfesten Garnen aus Polyester mit geringem Schrumpf, benennen Sie die wichtigsten Teile und erläutern Sie kurz ihre Funktion.
- Reaktor: Polymerherstellung durch Polykondensation
- Produktleitung: Beeinflusst die Polymerqualität vor der Spinndüse. Eine geringe Verweilzeit (geringer thermischer Abbau) ist besonders wichtig
- Spinnbalken mit Spinndüsen: Aufnahme der Spinndüsen; Formgebung des Polymers
- Ggf. Nacherhitzer: Abbau innerer Spannungen im Garngefüge -> Homogenere Garnstruktur
- Blasschacht: Abkühlung des Garns
- Galetten: Verstreckung des Garns (Mehrfachwicklung für eine gleichmäßige Verstreckung)
- Aufwicklung: Garn wird auf Spulen gewickelt. Saubere und schwingungsarme Garnführung wichtig für eine gute Wicklung (POY 3200 – 3800 m/min; FDY 4500 – 5500 m/min; HMLS bis 6000 m/min)
- Spulentransport: Transport bis zur Verpackung
Warum werden beheizte Galetten immer mehrfach umschlungen?
Gleichmäßige Verstreckung zu gewährleisten
Wofür stehen die Abkürzungen FDY und FOY?
- FDY: Fully drafted Yarn
- FOY: Fully oriented Yarn
Nennen Sie 4 technische Produkte, die aus PET bzw. aus PA hergestellt werden können.
Airbags, Keilriemen, Schläuche, Gurte, Förderbänder, Reifencord
Warum ist die Bildung von Kristallen bei m-Aramid gehemmt, bei p-Aramiden dagegen nicht? Welche Auswirkung hat dies auf die jeweiligen mechanischen Kennwerte?
Die Bildung von Kristallen bei m-Aramid ist gehemmt, da die NH- und die CO-Gruppen in unterschiedliche Richtungen zeigen. Dadurch entstehen keine Flüssigkristalle wie bei p-Aramid.
und m-Aramide haben so schlechtere mechanische Kennwerte.
Erläutern Sie stichwortartig und mit einer einfachen Skizze die Herstellung von Aramid-Garnen mit dem Luftspaltspinnverfahren.
- Gelöste Spinnmasse
- Spinnpumpe
- Spinndüse
- Kleiner Spalt zwischen Düse und Fällbad, durch den ein Teil des Lösemittels bereits entfernt wird
- Fällbad
- Verstrecken
- Ofen
- Aufwicklung
- Spinnmasse wird gelöst in konzentrierte Schwefelsäure
- Ausspinnung im Luftspalt -> Mantel erstarrt
- Koagulation im Fällbad
- Wickelgeschwindigkeiten bis 200 m/min
Warum sind Garne aus Polyethylen u.U. um ein Vielfaches fester als Garne aus Polyester und Polyamid, obwohl sie keinerlei polare Gruppen besitzen?
- Da PE hochkristallin ist (bis zu 98 %) und viele parallele und sehr lange Ketten besitzt, wodurch Van-der-Waals Kräfte entstehen
- Sehr hohes Molekulargewicht
Warum können hochfeste Polyethylenfasern nicht mit dem Schmelzspinnverfahren erzeugt werden?
Da die Viskosität von PE sehr groß ist.
Was versteht man unter dem Shish-Kebab-Modell?
- > Je unorientierter die Makromoleküle und je geringer die Scherkräfte beim Spinnen, desto höher ist die Orientierung der Fasern
- > Shish-Kebab-Modell (Verstreckungsrate von 100 bis 1000fach)
- > Sphärische Anordnung von kristallinen und amorphen Bereichen; hohe Orientierung bei Verstreckung
Nennen sie 3 besondere Eigenschaften, die PE-Garnen gegenüber den meisten anderen Faserstoffen auszeichnen
- Sehr leicht (schwimmen)
- Salzwasserresistent
- Hochfest (300 cN/tex)
- Geringe Reibung (glatte Oberfläche)
Skizzieren Sie den inneren Aufbau von Glasfilamenten.
- Schwarze Kreise: Netzwerkwandler, z.B. K2O, CaO, Na2O (nicht glasbildend, aber beeinflussen die Eigenschaften)
- Weiße Kreise: Sauerstoff (Oxid)
- Schwarze Punkte (Netzwerkbildner): Silizium
Erläutern Sie stichwortartig und mit einer einfachen, beschrifteten Skizze das Herstellungsverfahren von Glasfilamentgarn von der Schmelze bis zur Aufwicklung.
- Silo
- Waage / Mischer
- Schmelzbecken (inklusive Sinker: kleiner Bereich unter dem Schmelzbecken, wichtig um nicht-geschmolzene Stoffe abzutrennen
- Konditionierzone
- Spinndüse
- Öler
- Wickler
- Direktverfahren vom Silo bis zum Garn
- Durchsatz ca. 70 - 80 T/Tag
Warum wird bei der Erzeugung von Glasgarnen keine Spinnpumpe eingesetzt.?
- Glasmasse ist viel zu heiß, sodass eine Spinnpumpe schmelzen würde.
- Teuerste Komponente: Spinndüse (Da hoch hitzebeständig)
Erläutern Sie stichwortartig und mit einer einfachen, beschrifteten Skizze das Herstellungsverfahren von Dämmstoffmatten aus Glasfasern von der Schmelze bis zum fertigen Dämmstoff.
- Rohmaterial
- Schmelzofen
- Zentrifuge mit Düsen
- Bindernebel
- unverfestigte Fasern
- Aushärteofen
- Schneideeinheit
Nennen Sie 3 typische Einsatzgebiete von Glasgarnen und warum sich diese dafür besonders eignen.
- Glasfasertapeten -> sehr widerstandsfähig
- Sportboote -> geeignet für Leichtbau, sehr stabil
- Platine -> Glasgarne verleihen hohe Festigkeit
Was ist der wesentliche Vor- und was ist der wesentliche Nachteil von Basaltfasern im Vergleich zu Glasfasern?
+ Preisgünstig, da in großen Mengen verfügbar
- Naturprodukt mit vordefinierten Eigenschaften
Wozu werden Keramikfasern meist eingesetzt?
Vliesstoffe (Isolierungen), Dichtungen, Filter
Warum können keine Keramikfasern mit rundem Querschnitt hergestellt werden?
Da die Keramikfasern im Herstellungsprozess ständig schrumpfen
Aus welchen beiden Materialien werden Carbon-Fasern meistens erzeugt?
Polyacrylnitril (PAN), Pech
Erläutern Sie stichwortartig den Herstellungsprozess von Hochmodul-Carbonfasern. Gehen Sie dabei auch auf Prozesszeiten und –Temperaturen ein.
siehe Vorlesung
Erläutern Sie stichwortartig und mit einer einfachen, beschrifteten Skizze, warum Carbonfasern zwar hohe Festigkeit in axialer Richtung, aber nur sehr geringe Festigkeit in radialer Richtung besitzen.
Carbonfasern haben eine Schichtstruktur mit starken Bindungskräften innerhalb der Schichten (hohe axiale Festigkeit) aber schwachen Bindungskräften zwischen den Schichten, da dort keine Atombindungen (geringe radiale Festigkeit)
Nennen Sie 3 typische Einsatzgebiete von Carbonfasern und warum sich diese dafür besonders eignen.
Zivile Güter (15%), Luftfahrt und Militär (20%), Industrie und Energie (65%) z.B. Flugzeugbau, ISS, Formel 1 – Auto, Windkraftrotorblätter, Rennrad
-> geringes Gewicht bei hoher Festigkeit, Energieabsorption
Was versteht man unter Carbon-Nanoröhren?
- Sind mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoffatomen
- > Wände bestehen nur aus Kohlenstoff (wie bei Graphit)
- Als eigenständige Form von Kohlenstoff angesehen, aber auch als geometrische Form von Graphit (Ähnlichkeit im Aufbau)
Erläutern Sie stichwortartig ein Herstellungsverfahren von Carbon-Nanoröhren.
- Kohlenstoff wird in Form von Graphitstäben verdampft und an kühlen Teilen der Apparatur abgeschieden
- Graphitelektroden berühren sich während der Umsetzung nicht und es entsteht so ein Lichtbogen
- Herstellung erfolgt in einem Stahlbehälter, der mit einem Intergas gefüllt ist (50-100 Ampere)
- Durch den überspringenden Lichtbogen wird das Anodenmaterial in die Gasphase befördert, so dass es sich in Form von Nanoröhren abscheiden kann
- Graphitanode muss wegen des Verbrauchs ständig nachgefüllt werden
- durch die große Hitzeentwicklung während des Prozesses muss die Kathode gekühlt werden
Welche physikalische Eigenschaft ist für Metallfasern besonders wichtig?
-> Elektrische Leitfähigkeit, (hohe Festigkeit, hoher E-Modul)
Beschreiben Sie mit einer Skizze das Drahtzug- und das Taylorverfahren zur Herstellung von Metallfasern.
- > Drahtzugverfahren:
1. Ablauf
2. Ziehmaschine (bestehend aus verschiedenen Ziehsteinen)
3. Glühen
4. Aufspulen
Beispiel Eisen Zu Beginn: 5mm Nach Grobzug: 3,8mm Nach Mittelzug: 2,9mm Nach Feinzug: 2,4mm Nach Kratzenzug: 2mm
- > Taylorverfahren:
1. Metallstange im
2. Glasrohr
3. Heizspirale an verjüngter Stelle
4. Entstehung von Schmelze
5. Metallfaden durch aufgebrachten
6. Zug
Nennen Sie 3 Einsatzgebiete von Textilien aus Metallfasern.
- Filter
- Kettenhemd zur elektrostatischen Abschirmung
- Schmuck
- Verstärkung für Schläuche
- Autoreifen
- Schmuckfassaden aus Gewebe
Wie sind technische Textilien definiert?
Technische Textilien sind Produkte, die mehrheitlich unter den Gesichtspunkten der Funktionalität konstruiert wurden.
