Simulation-based finishing of barrier fabrics by means of partial particle application
Final Report Abstract
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.
Publications
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Gereke T.; Döbrich O.; Malik S. A.; Kocaman R. T.; Aibibu D.; Hund D.; Schmidt K.; Antonyuk S.; Ripperger S.; Cherif Ch.
