Textile Werkstoffe finden Einsatz in den Reinräumen der Hi-Tech-Industrien, und zwar als Verbrauchsmaterial in Form von Reinraum-Tüchern und als Mehrweg-Bekleidung der Mitarbeiter. Neben ihrem Gebrauchsnutzen beeinträchtigen textile Produkte aber auch die Umgebungs-Reinheit am Arbeitsplatz durch die Freisetzung von Faserfragmenten und Partikeln.
Im Folgenden werden die Auswirkungen der textilen Herstellungszyklen auf die Reinraumtauglichkeit des Endproduktes Reinraum-Tücher erörtert.

Fasern und Fäden
Die Grundlage der Textilherstellung ist seit Jahrtausenden eine Prozedur, bei der lose Fasern, wie z. B. Schaf- oder Baumwolle, durch Verdrehen zu Fäden versponnen werden. Tierhaare oder Pflanzenfasern enthalten natürliche Fette und Verunreinigungen, die zunächst in einem bestimmten Arbeitsschritt beseitigt werden müssen. Aus den gereinigten Fäden wird dann durch Weben oder Stricken ein textiles Gebilde. Die dazu eingesetzten Tierhaare oder Pflanzenfasern werden als Naturfasern bezeichnet. Sie sind gekennzeichnet durch ihre chemische Zusammensetzung aber auch durch ihre physikalischen Kennwerte. Allen Naturfasern ist gemein, dass sie in ihrer natürlichen Länge auf einige Zentimeter begrenzt sind und deswegen erst zu Fäden versponnen werden müssen (Abb. 2).
Mit Beginn des 20. Jahrhunderts begann die industrielle Herstellung künstlicher Fasern, zunächst auf der Basis chemisch veränderter Zellulose, später aus Kunststoffen. Es ließen sich so aus einer Lösung oder aus der Schmelze Fasern von nahezu unendlicher Länge ziehen. Solche künstlichen, beliebig langen Fasern werden Filamente genannt (Abb. 1). Um die bestehenden Techniken der Naturfaserverarbeitung weiter zu nutzen, aber auch um Mischungen aus Naturfasern und künstlichen Filamenten einsetzen zu können, werden die Filamente in kurze Abschnitte von 20-80 mm Länge zerschnitten und genau wie Naturfasern, zu Garn verarbeitet. Diese klein geschnittenen Filamente werden Stapelfasern genannt und bilden heute einen großen Teil der Rohstoffe der Textilindustrie.
Der Einsatz von Stapelfasern, sowohl bei der Verarbeitung zu Garnen, wie auch zu Vliesstoffen, ist bei Produkten für den Reinraumeinsatz prinzipiell kritisch. Faserenden stehen aus den gesponnenen Fäden hervor und brechen beim Einsatz des faserhaltigen Gebrauchstextils relativ leicht ab. So kommt es zu Freisetzungen von Faserfragmenten und Partikeln in die Umgebung hinein.

Filamente und Gestricke
Aus den oben genannten Gründen werden reinraum-gerechte Textilien bevorzugt aus Filamentgarnen gefertigt, bei denen die Faserfragment- und Partikelfreisetzung geringer ist. Filamentgarne bestehen aus einer definierten Anzahl einzelner Filamente, welche zu einem Garnstrang verdreht (verzwirnt) werden. Anschließend werden diese durch Stricken oder Weben zu Stoff verarbeitet. Für die Herstellung von Reinraum-Tüchern und Reinraum-Overalls werden überwiegend Filamentgarne eingesetzt, da sie die Anforderungen im Reinraumbetrieb bezüglich Reiß-, Abrieb- und Faserbruchfestigkeit am besten erfüllen.
Im Gegensatz zu den ungleichmäßig gewachsenen Naturfasern ist bei den künstlich hergestellten Filamenten der Querschnitt über ihre gesamte Länge nahezu konstant. Filamente werden in ihrer Dicke, und durch das Verhältnis von Länge und Gewicht charakterisiert. Beträgt beispielsweise das Gewicht eines Filaments weniger als 1 g/10.000 m Länge, so spricht man von einem Mikrofilament. Umgangssprachlich wird das Endprodukt jedoch häufig als „Mikrofasertuch" bezeichnet, auch wenn es in Wahrheit aus Filament-Garn besteht. Mit Hilfe moderner Produktionsmethoden lassen sich heute deutlich geringere Filament-Durchmesser erzielen, als sie in der Natur vorkommen. Feinste Kaschmirwolle oder Maulbeerseiden erreichen selten Faserdurchmesser unter 10 µm, die Filamente synthetischer Mikrofilamentgarne hingegen sind oftmals dünner als 1 µm. Auch im Reinraumbereich haben sich inzwischen Produkte aus Mikrofilamentgarnen etabliert. Im Bereich der Fein- und Präzisions-Reinigungstücher ist die Reinigungseffizienz von Mikro-Filamentgestricken weiterhin unerreicht.
Bei der Herstellung von Gestricken wird das Garn zu Schlaufen geformt, die reihenweise miteinander verknüpft sind. Beim Weben hingegen werden die Garne durch Verflechten in Längs- und Querrichtung miteinander verfestigt
(s. Abb. 3 und 4).
Die Produktgruppen Gestricke und Gewebe unterscheiden sich aufgrund ihrer Herstellungsprozesse im Wesentlichen durch ihre Elastizität, ihre Luftdurchlässigkeit und das Volumen des Endprodukts. Durch die Maschenbildung des Garns im Gestrick, ist dies deutlich elastischer und voluminöser als ein Gewebe, bei dem die Garne in gestreckter Form angeordnet sind. Mit Geweben lassen sich dafür Textilien von bestimmter Luftdurchlässigkeit herstellen, wie dies z.B. für Reinraumkleidung unerlässlich ist.

Vliesstoffe
Zu der Gruppe von Textilien, welche im Reinraum Einsatz finden, gehören auch die Reinigungs-Tücher aus Vliesstoff. Diese werden aus Stapelfasern gebildet. Wie oben bereits angeführt, ist die Faser- und Partikelfreisetzung bei textilen Produkten aus Stapelfasern erhöht. Der Abrieb nimmt jedoch mit zunehmender Vliesdichte und reduziertem Durchmesser der Stapelfasern deutlich ab. Für viele reinraumgebundene Fertigungs-prozesse und Reinigungprozeduren ist daher der Einsatz der preiswerteren Vliesstofftücher dort eine willkommene Alternative, wenn nicht gerade die höchste Reinigungs-Effizienz gefordert ist.
Zur Herstellung von Vliesstoffen wird in einem der Papierherstellung ähnlichen Prozess, eine lose Faserschicht auf einem bewegten, siebartigen Transportband abgelegt. Dabei wird sie tausenden, haarfeinen Wasserstrahlen unter einem hohen Druck ausgesetzt und auf diese Weise verfestigt. Der hohe Druck sorgt dafür, dass einzelne Fasern durch den gesamten Querschnitt des Vliesstoffs getrieben werden, was zu zahllosen Verschlingungen der Fasern untereinander führt und für ein relativ hohes Maß an Festigkeit des Fasergebildes Vliesstoff sorgt (Abb. 5).
In diesem Prozess lassen sich auch unterschiedliche Fasern, wie z.B. Polyester mit Zellulosefasern zu einem homogenen Mischfaservlies verarbeiten. Im Vliesstoff sind dann mehrere Material-Eigenschaften, wie beispielsweise die hohe Festigkeit des Polyesters und die hohe Flüssigkeitsaufnahme der Zellulose vereinigt.
Es werden aber auch andere Techniken angewendet, um ein Fasergelege zu einem Vliesstoff zu verbinden oder um dessen Festigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel werden thermoplastische Fasern durch Heißprägung in einem Punkteraster miteinander verschweißt, oder es werden chemische Bindemittel eingesetzt, um die Einzelfasern punktuell miteinander zu verkleben. Für den Einsatz unter Reinraumbedingungen eignen sich diese Bindemittel-verfestigten Vliesstoffe in der Regel jedoch nicht. Die für den Reinraum-Einsatz ausgewählten Vliesstoffe bedürfen normalerweise keiner weiteren Reinigungsbehandlung. Nach dem Formatieren in die Standard-Abmessungen und dem reinraumgerechten Verpacken sind sie einsatzbereit.

Die Dekontamination
Bis zu dem Fertigungsschritt des Verfestigens (Verstrickens, Ver­vliesens) unterscheiden sich die Herstellungsprozesse von normalen und solcher für den Reinraum-Einsatz bestimmten Textilien im Grunde nicht. Gestricke und Gewebe haben unbehandelt jedoch noch keinen ausreichenden Reinheitsgrad für den Einsatz unter Reinraumbedingungen. Vielmehr sind sie durch fertigungsbedingte Öl- und Tensidreste stark verunreinigt.
Die Textilien müssen somit noch den Reinheitsanforderungen der verschiedenen, reinraumgebundenen Industrien angepasst werden. Hierzu sind mehrstufige Waschvorgänge nötig, bei denen die Verunreinigungen soweit aus dem Textil entfernt werden, wie es für den geplanten Einsatzzweck nötig ist.
Im Rahmen des mehrstufigen Reinigungs-Prozesses wird die Oberflächenbeschaffenheit des Textils stark verändert, zum Beispiel weisen Textilien aus Polymeren wie Polyester, im gereinigten Zustand eine relativ geringe Absorptionsfähigkeit für Wasser auf. Daher muss das Textil in einem weiteren Ausrüstungsschritt wieder wasseraufnahmefähig gemacht werden. Dies geschieht durch das Aufbringen von sorgfältig ausgewählten Tensiden, die einen ionenneutralen Einsatz der Tücher gewährleisten. Insbesondere für deren Einsatz in der Halbleiter-Industrie ist die Tensidauswahl kritisch.

Die Qualitätskontrolle
Im Rahmen der Wasch- und Ausrüstungsprozesse werden wichtige Parameter des Textils chemisch modifiziert und müssen im weiteren Fertigungsverlauf aber auch bei der Endkontrolle überwacht werden. Die Überwachung erfolgt mittels Laborprüfungen, mit denen die Einhaltung der zugesicherten technischen Daten und damit die Eignung eines Textils für den Einsatz im Reinraum sichergestellt wird.
Eine Reihe von Prüfmethoden und Apparaten wurde ab etwa 1990 von Herrn Win Labuda entwickelt und publiziert, sowie von einem ausgewählten Arbeitsteam (Klaus Schöttle, Sven Siegmann) in die Praxis überführt. Das Prüfmethodenspektrum ist auf die Anwendung von Reinigungstüchern im reinen Fertigungsumfeld abgestimmt und simuliert im Labormaßstab die kritischen Parameter einer Oberflächenreinigung. Dadurch wird ein objektiver Vergleich unterschiedlicher Produkte ermöglicht.

Von Herrn Labuda wurden die folgenden Prüfmethoden entwickelt und beschrieben:
1. Labuda Partikelabrieb
2. Labuda Flüssigkeitsrückstand
3. Labuda Reinigungseffizienz

Zu diesen Prüfmethoden gehört jeweils ein spezielles Instrumentarium, das im Clear & Clean-Forschungslabor jedermann zugänglich ist. Herr Labuda hat die von ihm entwickelten Prüfmethoden zur kostenlosen Nutzung der Allgemeinheit freigegeben.
Die Absorptionsfähigkeit ist beispielsweise einer der grundlegenden Parameter zur Bewertung der Güte von Standard,- Fein- und Präzisions-Reinigungs-Tüchern im Reinraum-Umfeld. Die Prüfung kann mittels der Methode: Labuda Flüssigkeits-Rückstand erfolgen, welche durch eine lineare Wischsimulation über eine definierte Wasserlache direkten Aufschluss über die Güte der Textil-Ausrüstung gibt.
Weitere aufschlussreiche Parameter sind der Partikelabrieb des Reinigungstuchs bei der simulierten Wischbewegung auf Oberflächen unterschiedlicher Rauhigkeit (Labuda Partikelabrieb) und die Labuda Reinigungseffizienz. Die Bewertung der Reinigungseffizienz kann näherungsweise auch mittels der Labuda-Schwarzglasplatte erfolgen.
Das mehrstufige Waschen gestrickter oder gewebter Textilien mit Wasser und fettlösenden Tensiden ist zumeist für den Reinheitsbedarf im Reinraum-Umfeld ausreichend. Da sowohl der Partikelgehalt, als auch die Menge der unerwünschten Fertigungsrückstände damit auf ein erträgliches Maß reduziert wird. Die beim Einsatz mit üblichen Lösungsmitteln (häufig IPA-Wasser-Gemische) aus den Reinigungs-Tüchern extrahierten Rückstandsmengen sind so gering, dass sie bei Standard-Reinigungsprozeduren nicht zu Beeinträchtigungen der Oberflächen-Reinheit führen.

Spezial-Anwendungen
Für einzelne Anwendungen, so zum Beispiel in der optischen Industrie ist jedoch selbst dieser Reinheitsgrad der Reinigungstücher nicht ausreichend. Die dort eingesetzten organischen Lösungsmittel (Azeton, Benzin u.a.) lösen selbst stark an den Filamenten haftende Rückstände, welche durch die wasserbasierten Reinigungsprozesse bei der Tücherfertigung nicht vollständig entfernt werden konnten. Geringste Spuren solcher Rückstände reichen aus, um Schichten weniger Moleküllagen auf den gereinigten Oberflächen zurückzulassen und etwa bei nachgeordneten Beschichtungsprozessen zu Prozessstörungen zu führen. Für diese Anwendungen muss der Gehalt an extrahierbaren Rückständen in einem Reinigungstuch bestimmt und die Tücher mit speziellen Technologien, wie beispielsweise industriellen Extraktionsverfahren so weit gereinigt werden, dass sie den extremen Reinheits-Anforderungen dieser Prozesse genügen.
Dieser Artikel ist Grundlage des Vortrags selben Themas, welcher im Rahmen der Reinraum-Lounge 2012 in Karlsruhe präsentiert wird.

Literaturhinweise auf Anfrage vom Autoren erhältlich.