Simulationsgestütze Ausrüstung von Barrieregeweben durch einen partiellen Partikelauftrag
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hochdichte Barrieregewebe für die Anwendung als Filter- oder OP-Mehrwegtextil besitzen strukturbedingt durchgängige Porenkanäle, die durch hochdichtes Weben reduziert werden können. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf die Gebrauchseigenschaften aus. Ziel war es deshalb, neuartige, flüssigkeits- und partikeldichte Gewebe mit einstellbarer Porosität und gutem Tragekomfort zu entwickeln. Dieses sollte durch einen gezielten und partiellen Auftrag vernetzungsfähiger funktionalisierter Partikel realisiert werden. In der ersten Projektphase ist es erstmals gelungen, eine Methode in Anlehnung an die Querstromfiltration für die Herstellung von anforderungsgerechten, flüssigkeitsdichten Mikrofilamentgeweben als Filtermedien und OP-Mehrwegtextilien mit gutem Tragekomfort, mittels gezielten, partiellen Auftrag von funktionalisierten Mikropartikeln zu entwickeln. Es wurde die notwendige Simulation der Partikelanlagerung an bzw. in den Mesoporen des Gewebes durchgeführt, um den experimentellen Aufwand zur Entwicklung dieses neuartigen Gewebes zu minimieren. Aufbauend auf den aussichtsreichen Ergebnissen der ersten Förderphase wurden durch den Einsatz unterschiedlicher Partikelgrößen im einstelligen Mikrobereich, flüssigkeitsdichte Polyestergewebe mit vordefinierter Porosität simulationsgestützt entwickelt, sodass durch die Partikelausrüstung die Porengrößen von 15 µm bis auf ca. 4 µm reduziert werden konnten. Ferner ist mittels angepasster Oberflächenfunktionalisierung eine dauerhafte Anbindung der Partikel an der Faseroberfläche (Mesobereich) unter komplexer gebrauchsnaher Beanspruchung (z. B. kombinierte Biegung-Druck- bzw. biaxialer Zugbelastung und Scherung) gewährleistet, um die Anforderungen als Filtermittel gerecht werden zu können. Hierzu wurde eine durchgängige virtuelle Simulationskette unter Berücksichtigung der relevanten Verfahrensparameter entwickelt und validiert. Dafür wurde ein FEM-Gewebemodell unter Berücksichtigung der Material-, Struktur- und Webparameter zur Darstellung der Porenmorphologie erstellt. Zur Bestimmung der Partikelgröße und Verfahrensparameter wurde die Partikelablagerung unter Einbeziehung des Gewebemodells strömungstechnisch simuliert. Die Veränderung der Porenmorphologie und des Partikelverhaltens bei gebrauchsnaher Belastung wurde mittels eines kombinierten Gewebe-Partikelmodells analysiert. Weiterhin wurde eine Voraussetzung für eine durchgängige Simulation der Partikelinteraktion mit der Gewebeoberfläche beim Querstromfiltrationsverfahren geschaffen. Die Deformation der Struktur der ausgerüsteten Gewebe, insbesondere der Mesoporen, wurde unter gebrauchsnahen, resultierenden Membranbelastungen erfasst, womit die erstellten numerischen Modelle erfolgreich validiert wurden. Es wurde die Beständigkeit der Partikelanbindung an der Faseroberfläche mittels Aminofunktionalisierung untersucht, sowie der Einsatz der Gasphasenfluorierung zur dauerhaften Hydrophobierung und gleichzeitigen Oleophobierung der mit Partikeln ausgerüsteten Gewebe analysiert, wobei eine dauerhafte Erhaltung der Filter- und Barrierefunktion gewährleistet werden konnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2018) New Image Analysis Method for Determination of the Inter-Fibre Pore Size Intensity of Polyester Woven Barrier Fabrics. Fibres and Textiles in Eastern Europe 26 (4(130)) 67–74
Kocaman, Recep Türkay; Aibibu, Dilbar; Cherif, Chokri
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Simulation of Particle Application for the Improvement of the Protective Effect of Barrier Fabrics by means of Direct Numerical Simulation. In: 9. Aachen-Dresdner International Textile Conference 2016, 24.-25. November 2016, Dresden
Hund, D., Schmidt, K, Antonyuk, S., Ripperger S., Aibibu, D., Cherif, C.
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Analysis and modeling of air permeability and yarn crimp of woven barrier fabrics using artificial neural network. Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Dissertation, 2017
Malik, S. A.
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In situ determination of pore sizes of high density polyester woven fabrics under biaxial loading, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, October 2017
Kocaman, R. T.; Malik, S. A.; Aibibu, D.; Cherif, Ch.
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In situ determination of pore sizes of high density polyester woven fabrics under biaxial loading. In: 17th World Textile Conference AUTEX, Corfu (Griechenland), 29.-31. Mai 2017
Kocaman R. T.; Malik S. A.; Aibibu D.; Cherif Ch.
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Simulation of Bridging at the Static Surface Filtration by CFD-DEM Coupling, EPJ Web Conf. Volume 140, 2017
Hund, D, Antonyuk, S, Ripperger, S.
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Coupling of the Lattice-Boltzmann Method and the Discrete Element Method to model the Separation of Solid Particles from Liquids by Porous Media. In: FILTECH 2018, Köln, 13.-15. März
Schmidt, K., Hund, D., Ripperger, S, Antonyuk, S.
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Mehrskalensimulation von Textilverstärkungsstrukturen für Faserverbundanwendungen zum Einsatz in der Industrie 4.0. Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Dissertation, 2018
Döbrich, O
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New method for in situ measurement of pore size deformation of barrier textiles under loading. Journal of Textile Science and Engineering. 2018, Vol 8(2): 355
Kocaman, R. T.; A.; Aibibu, D.; Cherif, Ch.
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Numerical micro-scale modelling of the mechanical loading of woven fabrics equipped with particles. In: 18th World Textile Conference AUTEX, Istanbul (Türkei), 20.-22. Juni 2018, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 460 012006
Gereke T.; Döbrich O.; Malik S. A.; Kocaman R. T.; Aibibu D.; Hund D.; Schmidt K.; Antonyuk S.; Ripperger S.; Cherif Ch.
