Navigation

Abrasion and pilling behaviour of nonvowens

Schematisches Bild einer Vliesstoffanlage

Das Thema des Monats

Since January 2018, we have been presenting an exciting topic in the field of materials science every month.

The “topic of the month” is explained in a simple and understandable way and provides informative insights into the research activities of our department.

The topic of the month in October comes from the Institute of Polymer Materials (WW5) and has the title:

 

Abrasion and pilling behaviour of nonvowens

by Karsten Leucker

Worum geht es bei dem Thema?

In unserer Arbeit beschäftigen wir uns mit dem mechanischen Verhalten von Polypropylen Spinnvliesen. Bei der Herstellung von Spinnvliesen werden kontinuierlich Filamente mit Durchmessern von wenigen µm ungeordnet abgelegt und anschließend verfestigt. Dies geschieht mithilfe eines Kalanders, zwei beheizten Walzen, von denen eine glatt ist und eine ein strukturiertes Muster aufweist, so dass die Fasern punktuell verschweißt und damit thermisch verfestigt werden. Dadurch bildet sich ein weiches, luft- und flüssigkeitsdurchlässiges aber widerstandsfähiges Material aus.

 

Abbildung 1: Schematisches Bild einer Vliesstoffanlage von der Zuführung des Granulats, dem Aufschmelzen und Homogenisieren im Extruder, über den Transport durch die Schmelzepumpe und dem anschließenden Spinnen, Kühlen und Verstrecken der Faser bis zur Faserablage und der nachfolgenden Verfestigung (Kalander).

Im konkreten Teilprojekt untersuchen wir dabei das Abrieb- und Pillingverhalten von Vliesstoffen. Beim Pilling handelt es sich um die Bildung von kleinen Kügelchen aus Fasermaterial, die sich bei Textilien oft nach starkem Reiben über andere Oberflächen bilden können.

Abbildung 2: Aufnahme eines Pills im Rasterelektronenmikroskop (REM). Gut zu erkennen sind die einzelnen Fasern, die sich aus dem Vlies gelöst haben. Zwischen den Fasern erkennt man im Pill zudem Reste des Scheuermaterials, in diesem Fall Silikon.

Leider gab es bislang keine Testmethode, die dieses Abrieb- und Pillingverhalten zuverlässig und objektiv bewerten konnte. Daher haben wir ein Test- und Auswertungsverfahren entwickelt, bei dem die Vliesstoffe für eine gewisse Zeit gleichmäßig in allen Richtungen über ein Scheuermaterial gerieben werden. Anschließend wird in festgelegten Intervallen die Vliesstoffprobe mithilfe eines handelsüblichen Scanners eingescannt und das Bild automatisch ausgewertet. Bei dieser automatischen Bildauswertung werden zuerst Schwarz-Weiß-Bilder erstellt und mögliche Artefakte entfernt um anschließend alle einzelnen Pills und Löcher zu detektieren. Dadurch ist es möglich, sowohl die gesamte Fläche, als auch eine Verteilung über Größen und Anzahl der Pills und Löcher zu erstellen.

Abbildung 3: Die einzelnen Auswertungsschritte vom eingescannten Bild (links), über das Schwarz-Weiß-Bild (mitte) zu den detektierten Pills (rechts).

Mithilfe dieser neuen Testmethode untersuchen wir jetzt den Einfluss der thermischen Verfestigung auf das Abriebverhalten der Vliesstoffe.

Wo findet es Anwendung?

Die hier hergestellten Vliesstoffe finden vor allem in der Hygieneindustrie Anwendung. Sowohl bei Hygienetüchern oder Windeln, als auch bei Binden oder Tampons besteht die oberste Schicht, die im direkten Kontakt mit der Haut steht, aus Vliesstoff. Daher ist hier sowohl aus Komfort- als auch hygienischen Gründen ein Vermeiden von Abrieb und Pills eminent wichtig. Daher wird hier auch ein entsprechend hoher Aufwand betrieben, um die mechanischen Eigenschaften in diesem Bereich noch weiter zu verbessern.

Was ist weiter geplant?

Neben der Untersuchung weiterer Einflussgrößen, wie dem Faserdurchmesser oder der Zugabe von Zusatzstoffen zum Polymer auf das Abriebverhalten, sollen neben der klassischen Zugfestigkeit auch noch weitere Kenngrößen wie die Weiterreißfestigkeit, das Reibverhalten und das Flüssigkeitshandling und deren Abhängigkeit von Herstellungsparametern untersucht werden.

Zudem soll das neu entwickelte Testverfahren auf andere Materialien ausgeweitet werden und somit die alten, oft unzuverlässigen Testverfahren ablösen.

Zur Person:

Für die Koordinierung der Arbeiten zu den mechanischen Eigenschaften von Polypropylenvliesstoffen ist M.Sc. Karsten Leucker zuständig. Seit seinem Materialwissenschaftsstudium an der FAU ist er als Doktorand in der Polymer Physics and Processing Gruppe von Prof. Dirk W. Schubert als Doktorand tätig und untersucht dabei den Einfluss verschiedener Kalandriermuster auf die mechanischen Eigenschaften von Vliesstoffen.

 

Addition informations