Ladungsspeichernde Dünnschichten

Textilien mit ladungsspeichernden Eigenschaften für Anwendungen in Elektronik und Umwelttechnik

Spezielle textile Lösungen für technische Anwendungen fordern zielorientierte Funktionalisierungen. Angesichts der wachsenden Bedeutung textiler Sensorik und Elektronik, aber auch der Bereiche Umwelt- und Energietechnik, spielt die Gestaltung/Modifizierung elektrischer Eigenschaften technischer Textilien eine zunehmende Rolle. Hier sindleitfähige, isolierende aber auch ladungsspeichernde – kapazitive - Eigenschaften gefordert.Als Beispiel für Letzteres seien kapazitive Annäherungssensoren und Elektretfilter für die Raumlufttechnik (RLT) genannt.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens IGF-Nr. 19106 BG „Ladungsspeichernde Dünnschichten“ wurden vor diesem Hintergrund die elektrischen Eigenschaften organischer Dünnschichten, die photochemisch auf dem Textilgut etabliert werden, untersucht. Als Ausgangsstoffe für die Ausrüstung wurden hydrophobe Allyle und Acrylate berücksichtigt, namentlich die Monomere Tetraallyloxyethan (TAE) und Pentaeritritoltriacrylat (PETA). Zur Ausrüstung wurden die Monomere mittels Tauch-Streich-Verfahren auf unterschiedliche textile Substrate aufgetragen und mittels UV-Breitbandstrahlung zu dünnen Schichten polymerisiert.

Namentlich bei aus PET-Fasern hergestellten Substraten konnten die elektrischen Eigenschaften signifikant modifiziert werden. Hier bewirkten insbesondere die dünnen poly-TAE-Schichten eine bemerkenswerte Steigerung der Ladungsaufnahme und –speicherung: Bei einer Gewichtsauflage von nur 0,7 bis 0,8 Gew-% wird eine Ladungsspeicherung über mehrere Stunden beobachtet. Das beobachtete Verhalten erwies sich sowohl unter normalem Raumklima als auch im feuchtwarmen Klima als stabil.


Zur Ladungsspeicherfähigkeit unterschiedlich modifizierter Muster eines PET-Nadelvlieses. Dargestellt ist die experimentell ermittelte Zeit bis zum Abfall der Ladung auf 37 % (Abklingzeit). Die Angaben der Abszisse benennen Monomerkonzentration und Bestrahlungsdauer mit Breitband-UV.

 

In eingehenden Filtrationsversuchenam IUTA wurde gezeigt, dass eine derartige Ausrüstung mit ladungsspeichernden poly-TAEDünnschichten eine deutliche Steigerung der Performance von Grobstaubfiltern (PET-Vliese) zur Folge hat. Die Filtrationsleistung gegen submikrone Partikel konnte durch Corona-Aufladung während des Filtrationsvorgangs beeinflusst und dramatisch erhöht werden. Diese „schaltbaren“ Filtereigenschaften eignen sich z. B. für Betriebsbedingungen mit überwiegend geringen Staubfrachten, die von zeitlich begrenzten hohen Frachten unterbrochen werden.


Impedanzspektroskopische Untersuchungen am TITV Greiz haben daneben gezeigt, dass insbesondere poly-PETA-Schichten leistungsfähige Dünnschichtisolationen darstellen. Bereits die Vernetzung einer 1% PETA-Lösung liefert einen Widerstand von mehr als 50 GOhm. Untersuchungen in der Klimakammer haben gezeigt, dass die photochemisch vernetzten Schichten ihr hohes elektrisches Isolationsvermögen Verhalten auch bei hoher Luftfeuchte und erhöhten Temperaturen behalten.

 

Eine ausführlichere Darstellung des Forschungsvorhabens finden Sie hier ->

Danksagung

Das IGF-Vorhaben Nr. 19106 BG der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 14-16, 10117 Berlin wurde die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Angaben zum Forschungsvorhaben
Forschungsthema: „Grundlagen zur Konservierung elektrischer Ladungen in organischen Dünnschichten
IGF-Forschungsvorhaben Nr. 19106 BG
Laufzeit 01.01.2017  bis 31.12.2018
Ansprechpartner:
Dr. Larisa Tsarkova, Tel. +49 2151 843-2016, e-Mail: tsarkova@dtnw.de

 

Gemeinschaftsprojekt mit
- Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland, Greiz
- Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. Duisburg