Herz-Lungen-Maschinen werden zur Unterstützung bei der Herzchirurgie sowie bei akutem Lungenversagen ein gesetzt. Für den Gasaustausch im Blut sorgen sogenannte Oxygeneratoren, häufig durch eine Membrantechnologie. Am STFI wurde nun ein neuartiges Herstellungsverfahren für multiaxiale Mattenstrukturen entwickelt, die den Gasaustausch ermöglichen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einerseits einer multiaxialen Mattenstruktur aus Hohlfilamentmembranen sowie andererseits der dafür notwendigen Herstellungstechnologie. Ergebnis der Entwicklung ist eine Textilstruktur, in der diagonal gelegte Schussfäden aus Hohlfilamentmembranen in den Kreuzungspunkten von maschenbildenden Garnen abgebunden werden.

Unter Nutzung einer speziellen Diagonallegeeinrichtung konnte der gewünschte Winkel der Hohlfilamente mittels maschenreihengerechten Schusseintrag ohne Beschädigungen der Membranen eingestellt werden. Für die Umsetzung wurde eine Rechts/Links Häkelgalon-Wirkmaschine optimiert. Neben Anpassungen an der Wirkstelle entwickelten die Forscher am STFI eine neue Fadenzuführung über ein rotierendes Rundgatter und implementierten es in den Wirkprozess. Für die Verarbeitung war es zudem notwendig, alle Elemente mit Kontakt zu den empfindlichen Hohlfilamentmembranen zu prüfen und im Einzelfall gegen reibungsarme Elemente auszutauschen.

Nach Optimierung der Maschine konnte eine multiaxiale Mattenstruktur aus den empfindlichen Hohlfilamentmembranen hergestellt werden. Textilphysikalische und Laborprüfungen konnten die Eignung der entwickelten Matte bestätigen.

Dipl.-Phys. Nadine Liebig
Technische Web- und Maschenwaren
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Nanofaserschichten eignen sich hervorragend als Barrierematerialien. Aufgrund ihrer besonders feinen Struktur bietet der Einsatz von Nanofasern eine bessere Barrierewirkung gegenüber Bakterien und Viren als z. B. ein Meltblown- oder Spinnvliesstoff, weshalb sie in Kombination mit Vliesstoffen als Filtermaterial in Mund-Nase-Masken oder als Barrierematerial in Schutzanzügen von großem Nutzen sein können. Die Anwendung von Nanofasern als Einzelfaserschichten wurde bisher nicht realisiert. Nanofaserschichten weisen geringe mechanische Stabilität auf und werden daher mit makroskaligen Trägersubstraten und Abdeckmaterialien kombiniert. Die Herausforderung ist dabei, eine ausreichende Haftung zwischen den einzelnen Lagen zu erreichen und die positiven Eigenschaften der Nanofasern zu erhalten.

Das Ziel des Forschungsvorhabens NanoHyb war die Entwicklung innovativer hybrider Vliesstoffstrukturen mit integrierter Nanofaserschicht. Als Träger- und Deckmaterial wurden Meltblownvliesstoffe (M) entwickelt. Die Nanofaserschicht (NL) wurde mittels Elektrospinnverfahren erzeugt. Aus den Einzellagen wurden Verbundstrukturen entwickelt. Der Schichtverbund erfolgt üblicherweise nach dem Stand der Technik mit Hilfe von Klebstoffen. Um die Haftung der einzelnen Schichten auch ohne Aufbringen einer fügenden Komponente zu gewährleisten, wurde die Möglichkeit der Modifizierung durch Plasma bzw. das Fügen durch Laserbehandlung untersucht. Als mögliche Endanwendung wurde der Pandemieschutz in Form von Einwegschutz- und Bekleidungstextilien gesehen. Für derartige Anwendungen wurde die Ausrüstung der neuartigen Hybridstrukturen mit antimikrobiellen oder antiviralen Wirkstoffen untersucht und bewertet.

Die angestrebten Anforderungen an die zu entwickelnden Materialien wurden im Projekt erreicht. Es konnten Meltblownvliesstoffe mit Filamentdurchmessern von < 700 nm hergestellt werden, welche mit Nanofaserschichten kombiniert und mit einem innovativen Laserdurchstrahlschweißprozess erfolgreich gefügt wurden.

Dr. rer. nat. Anna Große
Internationale Zusammenarbeit I Transfer
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Forschungsprojekt NanoHyb (Handout)

Ein Umknicken bei dynamischen Sportarten mit schnellen Richtungswechseln, wie Volleyball, Basketball oder Badminton, führt häufig zu Sprunggelenksverletzungen. Derzeitig am Markt verfügbare orthopädische Hilfsmittel schränken die Bewegungsfreiheit erheblich ein, einige eignen sich sogar auch nicht zum Tragen in Schuhen. Es fehlt also am Markt ein System, das die volle Bewegungsfreiheit des Sprunggelenks zulässt und gleichzeitig vor dem Umknicken schützt, um Verletzungen zu vermeiden.

Forscher des STFI und der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg entwickeln in Kooperation mit Industriepartnern Bandagen bzw. Kompressionsstrümpfe, in die dehnungsversteifende Elemente integriert sind. Dehnungsversteifende Strukturen gestatten bis zu einem kritischen Widerstand eine moderate Dehnung. Ist der kritische Punkt erreicht, versteift sich die Struktur und blockiert eine weitere Bewegung. Durch Veränderungen an der Geometrie der Strukturen kann der Punkt der Materialversteifung an die menschliche Anatomie angepasst werden. An der Ruprecht-Karls-Universität wurden diese speziellen Strukturen auf Gestricke per 3D-Druck appliziert. Dafür stellte sich nach verschiedenen getesteten Materialien thermoplastisches Polyurethan als am geeignetsten heraus. Die möglichst gute Haftung des Drucks auf den von Strumpfwerk Lindner GmbH hergestellten Gestricken bildete ebenfalls einen zentralen Teil der Untersuchungen. Festgestellt wurde eine signifikant bessere Haftung auf dem Bandagen- gegenüber dem Kompressionsstrumpfmaterial.

Am STFI sind ähnliche Strukturen mit textilen Herstellungsverfahren gefertigt worden. Wirktechnisch konnte allerdings der gewünschte dehnungsversteifende Effekt nicht erzielt werden. Hingegen entstanden durch Nutzung der Flachstricktechnologie Muster, die im Zugversuch ein ähnliches Verhalten wie die 3D-Druck-Strukturen aufwiesen. Allein sind die Gestrickmuster zwar nicht ausreichend, um den beim Umknicken auftretenden Kräften standzuhalten, aber sie eignen sich als Abdeckung und Unterstützung der 3D-gedruckten Strukturen. Die Prüfung auf Funktionstüchtigkeit am Fuß erfolgt an einem von der Ruprecht-Karls-Universität entwickelten Prüfstand. Untersuchungen hinsichtlich des Tragekomforts sind dagegen bei der Orthopädie-Technik Wolf GmbH vorgesehen.

Jenny Liebelt, M. Sc.
Technische Web- und Maschenwaren
+49 371 5274-279
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Forschungsprojekt AktiSup (Steckbrief)

Organische Fluorverbindungen, kurz PFCs, werden wegen ihrer wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften geschätzt. Sie machen beispielsweise Arbeits- und Outdoor-Bekleidung wetterfest, bergen jedoch hohe gesundheitliche Risiken, wenn sie ausdünsten oder ausgewaschen werden. Zur Prüfung hinsichtlich organisch gebundenen Fluors bzw. generell Halogenen hat das STFI sein Angebot um ein Analysegerät der Firma a1-environsciences GmbH, Düsseldorf erweitert. Die Combustion-Ionenchromatographie (C-IC) ist ein System, welches eine Hochtemperatur-Verbrennungs-/Aufschlusseinheit mit einer nachgeschalteten Ionenchromatographie (IC) kombiniert. Damit ist es möglich Proben sicher, reproduzierbar, selektiv und mit ausreichender Empfindlichkeit auf vorhandenes organisch gebundenes Fluor bzw. generell Halogene zu untersuchen.

Das Gerät bietet damit eine elegante Möglichkeit, um die Proben komplett aufzuschließen und die vorhandenen Halogene quantitativ zu bestimmen. Praktisch erfolgt die summarische Erfassung des AOF-Wertes bzw. des AOX-Wertes (AOX = Adsorbierbare Organisch gebundene Halogene). Es können flüssige und feste Proben untersucht werden. Dabei wird jeweils der Totalgehalt des Halogens bestimmt. Aktuell erfolgt vorzugsweise die Bestimmung von Fluor, da dieses auf anderen analytischen Wegen schwer zugänglich ist.

Dr. rer. nat. Antje Melzer
Akkreditierte Prüfstelle
+49 371 5274-210
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Textilchemische und humanökologische Prüfung der Akkreditierten Prüfstelle

Die Kommunikation mit Menschen, die schwer mehrfachbehindert sind, stellt in der Pflege eine erhebliche Herausforderung dar. Oft bleibt aufgrund des Zeitmangels der Fokus der Pflegekräfte auf medizinischen Aspekten, was die soziale Isolation der Betroffenen verstärken und ihr Wohlbefinden beeinträchtigen kann. Eine innovative Lösung bietet sich hier durch funktionale Textilien. Diese schaffen neue Möglichkeiten der Interaktion und Kommunikation und erfüllen zugleich die hohen Anforderungen der vorgesehenen Einsatzbereiche.

Im Rahmen eines Projektvorhabens wurde die Entwicklung und Integration elektrisch leitfähiger Materialien in elastische Textilien vorangetrieben. Ziel war es, smarte, dehnbare Flächen zu entwickeln, die insbesondere in der Musiktherapie für schwer mehrfachbehinderte Menschen eingesetzt werden können.

Während des Projekts wurden spezifische Profile für Sensor- und Textilparameter erstellt und geeignete Materialien in elastische Textilstrukturen integriert. Die daraus entstandenen gestrickten Flächen, die mehrteilige, elektrisch leitfähige und dehnbare Strukturen aufweisen, wurden speziell für den Einsatz in der Musiktherapie getestet. Dabei wurden ihre Funktionseigenschaften sowie ihre Belastbarkeit nach mechanischer Beanspruchung und Waschprozessen geprüft. Das Ergebnis des Projekts sind intelligente Textilien, die gezielt auf die Bedürfnisse behinderter Menschen abgestimmt sind und wichtige Erkenntnisse für künftige Anwendungen im Bereich der Smart Textiles liefern.

Zu den Ergebnissen gehören funktionale Prototypen aus Elektronikhardware, kombiniert mit robusten, sensitiven Armstulpen in verschiedenen Größen.

Dipl.-Ing. (FH) Frank Weigand
Technische Web- und Maschenwaren
+49 371 5274-226
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Forschungsprojekt TexgAT (Handout)

Am Abend des 4. September 2024 fiel der Startschuss zum jährlichen schnellestelle.de-Firmenlauf in Chemnitz. Über 10.500 Läuferinnen und Läufer begaben sich auf den 4,8 Kilometer langen Kurs. Mittendrin im sportlichen Rennen der Firmen waren auch wieder 15 Läufer des STFI.

Das Team Raupe, wie die STFI-Läufer nach ihrem früheren Laufmaskottchen Seidenspinnerraupe Andi heißen, hatte bei hochsommerlichen Temperaturen jede Menge Spaß. Vom Neumarkt ausgehend starteten die Teams in mehreren Wellen aus auf den Weg rund um den schönen Schlossteich und von dort zurück in die Stadtmitte. Eine Wohltat war die Abkühlung, die auf die Starter am Ziel wartete.

Wir blicken auf ein tolles Event zurück und bedanken uns an dieser Stelle noch einmal bei allen Teilnehmern und Unterstützern sowie bei der Ideenwerkstatt des STFI für die Organisation.

schnelleStelle.de