FH Bielefeld
University of
Applied Sciences

Geräteübersicht

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Für die Arbeit der Textilen Technologien AG sind nicht nur die Forscher von Bedeutung, sondern auch eine umfangreiche Ausstattung zum Erschaffen, Veredeln, Verstärken und Messen von verschiedensten Textilien und Textilverbindungen.

Herstellung von Textilgeweben und Textilverbundstoffen

3D Drucker
Der 3D Druck gehört zu einer der modernsten Arten der additiven Fertigung. Aufbauende Schichten verschiedenster möglicher Materialien erzeugen nach dem Druck ein vielseitiges Produkt. Diese Art der Fertigung begrenzt sich jedoch nicht nur auf den Druck an sich, sondern ist auch kombinierbar z.B. mit Textilien und Nanovliesen. Die verwendeten Drucker der AG Textile Technologien sind vor allem der Orcabot XXL (Prodim), sowie der MakerBot Replicator 2X Experimental 3D-Drucker (Stratasys GmbH). Neben den üblichen Druckern, die hauptsächlich mit Kunststoff Filamenten arbeiten, werden auch noch Lebensmitteldrucker (hier: Food-Printer von ByFlow) und Epoxidharz-Drucker für die Forschung mit Textilien genutzt.

Häkelmaschine
Die Häkelmaschine wurde nach einem erfolgreich abgeschlossenen Forschungsprojekt von der Fachhochschule Bielefeld patentiert. Aktuell arbeiten Studenten innerhalb von Studienprojekten an der Weiterentwicklung und Verbesserung der Maschine. Die Häkelmaschine arbeitet mit mehreren Motoren, welche im Zusammenspiel eine Schlossnadel bewegen. Diese wird an einer Reihe von linear beweglichen Schlossnadeln entlang Verfahren, sodass sich feste Maschen bilden. Die Ansteuerung der Motoren erfolgt über einen Arduino, welcher eingespeicherte Bewegungsmuster der vier Achsen als G-Code von einem Raspberry Pi empfängt. Dieser wiederum stellt eine Benutzeroberfläche und eine kabellose Verbindung zur Häkelmaschine zur Verfügung. Die Zungennadeln im Nadelbett sorgen für den passenden Maschenabstand, und die entgegengesetzt sitzende bewegliche Zungennadel führt den eigentlichen Häkelprozess durch.

Kettenwirkmaschine
Die Kettenwirkmaschine HKS 3-M-EL mit 42'' Arbeitsbreite (Karl Mayer, Obertshausen, Deutschland) ermöglicht die Herstellung vielfältiger Muster und wird regelmäßig in Studien- und Forschungsarbeiten eingesetzt. Insbesondere die Kombination von Wirkwaren mit 3D-Druck gehört zu den Schwerpunkten unserer aktuellen Untersuchungen.

Klimaschrank
Der Klimaschrank CTC256 von der Firma Memmert bietet die Möglichkeit, Proben verschiedener Klimavarianten auszusetzen. Bei einem Temperaturbereich von -42°C bis +190°C und einer einstellbaren Feuchtigkeit von 10% bis 98% ist nahezu jede Umweltsituation simulierbar. Besonders interessant ist hier auch die Nutzung für die Proben des Projekts Vertical Farming, bei dem Nutzpflanzen auf textilen Substraten gezogen werden. Um nicht nur das hiesige (Raum-)Klima miteinzubeziehen, könnten diese Proben auch bei sehr widrigen Umständen getestet werden.

Nanospider
Der Nanospider dient zum Erstellen von Textilien, welche sich durch eine Fadendicke von wenigen µm auszeichnen. Hergestellt wurde das Gerät von der Firma „Elmarco“. Zum Verspinnen werden gelöste Substanzen, wie beispielsweise Polyacrilnitril („PAN“), in Lösung benötigt. Diese Grundlage kann hierbei zusätzlich mit weiteren Zusätzen erweitert werden. Hierfür bieten sich z.B. verschiedene Biopolymere an. Die so erstellte Lösung wird dann in dem Nanospider eingefügt. Hierbei dient ein Schlitten, welcher die Lösung auf eine Schiene aufbringt, indem er diese kontinuierlich abfährt. Die so aufgebrachte Lösung wird anschließend auf ein über die Schiene angebrachtes Fangvlies geschossen. Hierfür dienen die Schiene und ein weiteres über dem Fangvlies angebrachtes Kabel. Zwischen diesen Beiden Drähten wird eine Spannung von bis zu 80 kV angelegt. Die so geladene Schiene lädt Teile der aufgebrachten Lösung auf, welche anschließend durch die Ladungsdifferenz in Richtung des oberen Kabels geschossen wird, dieses jedoch nicht erreicht da sie in einem Fangvlies aufgefangen wird. Während des Fluges kommt es hierbei auch zum Verdunsten des Lösungsmittels, da das Volumen in Relation zu der Oberfläche während des Flugs gering ist. Abschließend werden die so hergestellten Fäden von dem Fangvlies aufgefangen was zum Gesamtergebnis eines Nanovlieses führt.

Optische und mechanische Messungen

AFM
Das Rasterkraftmikroskop (engl. Atomic Force Microscope), der Nanosurf FlexAFM, bietet die Möglichkeit, im Nanometerbereich Oberflächen von Textilien zu untersuchen. Hierbei wird der Cantilever, durch den Impuls an einer mikroskopisch kleinen Nadel, die über die Oberfläche geführt wird, bewegt. Abhängig von der Oberflächenstruktur, bzw. Rauigkeit biegt sich diese Nadel. Ausgewertet durch optische oder kapazitive Sensoren wird so die Oberfläche mit einer sehr hohen Auflösung analysiert. Dank eines erfolgreich beendeten Forschungsprojekts ist es nun auch möglich, die Probe während der Messung zu magnetisieren und wieder zu entmagnetisieren. Dafür wurden in den Messaufbau zwei große Spulen eingebaut und entsprechend vernetzt.

Fluoreszenz-Mikroskop
Mit einem inversen Fluoreszenzmikroskop Axio Observer (Carl Zeiss Microscopy GmbH) werden Bilder von verschiedenen Proben im Auflicht oder Durchlicht aufgenommen. Während für die meisten Bilder, die mit Oberflächeneigenschaften zusammenhängen, eine Weißlichtquelle verwendet wird, ermöglicht die Fluoreszenzbildgebung mit verschiedenen Filterwürfeln den Nachweis biologischer Proben, die meist mit entsprechenden Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt sind, sowie die Untersuchung verschiedener Phasen in Polymeren oder anderen Materialien, die Autofluoreszenz zeigen.

Scheuerprüfer
Die zwei in Studienprojekten entstandenen Scheuerprüfgeräte dienen dazu, die Abriebfestigkeit von Stoffen zu testen. Hierbei wird ein Prüfkopf, mit einem zuvor gewählten Stoff, durch ein Gewicht beschwert und linear oder in kreisförmigen Bewegungen auf der Stoffprobe bewegt. Einstellbar ist hier z.B. die Anzahl der Reibzyklen. Ein Beispiel für die Anwendung dieser Prüfgeräte ist unter anderem auch die Automobilindustrie. Hier wird getestet, wie lange beispielweise Jeansstoff auf dem Polsterstoff der Sitzbezüge reiben kann, ohne ihn sichtbar zu zerstören.

SourceMeter
Das SourceMeter 2450 von Keithley Instruments wird in der AG Textile Technologien hauptsächlich für die Effizienzmessung von Solarzellen genutzt. Darüber hinaus bietet es aber eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten. Das Messgerät lässt sich entweder über eine verwandte Anwendung oder direkt am Touchscreen programmieren. Hier ist es beispielsweise möglich, in einem definierten Bereich eine Strom-Spannungskennlinie über die Zeit herausgeben zu lassen. Der Vorteil ist, dass man eine oder beide Größen voreinstellen kann und sie während der Messung trotzdem immer wieder aufgenommen werden.