Maßgeschneiderte hocheffiziente Schutztextilien aus hochautomatisierten Strickautomaten
Ein materialeffizientes Schutzsystem, das sich präzise an komplexe 3D-Geometrien anpasst und optimalen Widerstand gegen Penetration und rückseitige Deformation bei Impaktbelastung bietet – diese Vision innovativer Schutztextilien wird am ITM dank Mehrlagengestrick-Technologie Realität.
Aktuelle Entwicklungen treiben den Markt für Schutzsysteme voran. Ein globales Marktvolumen von vielen Milliarden Euro und Wachstumsraten von bis zu 7 % fordern Hersteller heraus, leistungsfähige, leichte und flexibel konfigurierbare Schutzsysteme zu entwickeln.
Ausgangslage
In Schutzsystemen gegen Schnitt-, Stich-, Projektil- und Splittereinwirkung werden heute bewährte Hochleistungsgarne aus Para-Aramid und UHMWPE eingesetzt. Weiche und harte ballistische Schutzsysteme werden derzeit hauptsächlich aus Geweben hergestellt. Diese weisen jedoch textil-konstruktive Grenzen auf:
- eingeschränkte Verschiebefestigkeit und Fibrillation der Hochleistungsgarne,
- Ondulationen im Fadenverlauf, die nur teilweise und teuer reduziert werden können,
- ungenügende Formbarkeit in komplexen 3D-Geometrien sowie hoher Verschnitt.
Innovationsansatz Mehrlagengestricke
Das Forschungsprojekt BallisticKnit entwickelt daher simulationsbasiert endkonturnahe Mehrlagengestricke, die als hochflexible Schutztextilien eingesetzt werden können, besonders für Flächen mit anspruchsvollen Krümmungen. Entscheidend ist eine modulare Technologie für etablierte Strickautomaten, die eine bisher unerreichte Fadenführung und -dichte mit hoher kurzzeitdynamischer Schutzwirkung erreicht.
Der Clou ist die gezielte Anordnung von Kettfäden und deren Pendelbewegung. Das vermeidet die verfahrensbedingten Gassen und justiert die Maschenfadenspannung präzise.
Diese Entwicklungen ermöglichen:
- deutlich verbesserte Schutzwirkung durch gestreckte, ondulationsfreie Fadenlage,
- gassenfreie Integration von Hochleistungsfilamentgarnen und damit
- Erreichen eines 30 % höheren Coverfaktors (vgl. Abb. 1a und 1b),
- Einstellen der Verschiebefestigkeit und Fibrillation zur anforderungsgerechten Energieaufnahme und -verteilung.
Abb. 1: Mehrlagengestricke a) Coverfaktor Cf < 0,7 und Ziel b) Cf ≥ 0,9 (© ITM)
Ein hybrides FEM-Modell mit mesoskaliger Diskretisierung bei kurzzeitdynamischem Impakt unterstützt die Entwicklung prädiktiv. Die Validierung erfolgt durch Beschuss-Tests nach normativen Verfahren sowie eigener, unikaler Prüfung dehnratenabhängiger Materialeffekte.
Stand der Entwicklung und Ausblick
Der Ansatz führt zu Schutztextilien mit deutlich verbesserter Perforationsfestigkeit und reduzierter Rückseitendeformation. Die Strukturen können endkonturnah mit wenig oder gar keinem Konfektionsaufwand gefertigt werden, was die Materialeffizienz steigert.
Selbst komplexe 3D-Geometrien sind mit dieser Maschenstruktur exzellent drapierbar, flexibel und bei gleichbleibend hoher struktureller Stabilität – großartig für hartballistische Einlagen und ergonomische Schutzkleidung bis hin zum Ganzkörperschutz (Abb. 2).
Abb. 2: Vision – mehrlagiges, ergonomisches Schutzsystem (© ITM)
Das IGF-Vorhaben 01IF24642N „BallisticKnit“ der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e. V. wird über das DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Kontakt:
TU Dresden, Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM)
Sven Hellmann, Wiss. Mitarbeiter
+49 351 463-358 85
sven.hellmann@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/itm
