Der Bereich „Technical Fibres“ des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) ist weltweit führend in industrieorientierter Forschung im Schmelzspinnen. Der Bereich versteht sich als weltweit erste Anlaufstelle für innovative Fasern mit den Schwerpunkten Recycling, Prozessoptimierung, Materialentwicklung und Funktionalisierung.

Als Teil der ITA Group gehört Technical Fi­bres zu einem führenden Forschungs-, Ausbildungs- Qualifizierungsdienstleister für faserbasierte Hochleistungswerkstoffe, textile Halbzeuge und deren Fertigungsverfahren. Die Forschung umfasst die gesamte textile Wertschöpfungskette ausgehend von natürlichen und synthetischen Rohstoffen über Garne und deren Weiterverarbeitung zu textilen Flächen und Verbundmaterialien bis zu textilen Halbzeugen und fertigen Produkten. Die langjährige Zusammenarbeit mit der Industrie, insbesondere klein- und mittelständischen Unternehmen, erstreckt sich über gemeinschaftliche Forschungsprojekte zur Entwicklung innovativer Prozesse und Produkte bis zur technischen und strategischen Beratung in komplexen Problemstellungen bzgl. Chemiefasertechnik, textilen Prozessen und Digitalisierung.

Immer neuen Anwendungen entdecken
Im Bereich „Technical Fibres” erforscht seit mehr als 50 Jahren ein 30-köpfiges Team aus Wissenschaftlern, Technikern und Studierenden Polymerfasern und deren Herstellung mit dem Ziel, diese in einer Vielzahl von immer neuen Anwendungen zu etablieren. Die Kernkompetenzen des Bereichs liegen in den Bereichen Materialsysteme, Prozessentwicklung, Hochleistungsfasern und Digitalisierung. Hier liegt der Fokus in einem integrierten Prozess aus industrienaher Forschung und industrieller Dienstleistung.
Mit modernsten Maschinen werden Kunden und Partner entlang der gesamten textilen Prozesskette beraten und unterstützt. Diese Prozesskette beginnt bei der Material- und Rohstoffauswahl und endet mit dem finalen Produkt für das gegebene Anwendungsfeld. Im eigenen Spinnturm stehen Schmelzspinnanlagen vom Labor- bis zum Industriemaßstab zur Verfügung. Diese umfassen neben Monofilament- und Multifilamentanlagen für Einzel- und Bikomponentenfasern auch Materialvorbereitung in Form von Trocknung und Compoundierung sowie Anlagentechnik zum Texturieren. Abgerundet wird das Angebot durch die institutseigenen Prüf- und Polymerlabore, welche die relevanten Material- und Garnkennwerte industriegerecht ermitteln können.
Vielfältige Werkstoffe und Werkstoff-Kombinationen kennzeichnen die Prozesskette im Bereich „Technical Fibres“. Alle gängigen Chemiefasermaterialien werden verarbeitet. Dazu zählen neben vielen anderen PP, PE, (r)PA, (r)PET, PEI und PEEK. Ebenso werden Biopolymere wie PLA, PHB und PBAT zu Fasern verarbeitet.

Zahllose Gestaltungsmöglichkeiten
Gemeinsam mit dem umfangreichen Partnernetzwerk werden von Seiten des ITA nahezu alle gängigen, sich an die Faserherstellung anschließenden, faserverarbeitenden Prozesse abgebildet. Dazu zählen u. a. Beschichten, Wickeln, Verstrecken und Zwirnen. Ähnlich breit aufgestellt sind die Prozesse der Weiterverarbeitung der Fasern zu diversen textilen Gebilden wie Geweben, Strick- und Wirkwaren, Gelegen, Rund- und 3D-Geflechten, Vliesen sowie Preforms. Das breite Angebot an textilen Fertigungsverfahren am ITA garantiert bei Forschungsprojekten, dass nicht nur neuartige Fasern und faserbasierte Werkstoffe entstehen, sondern diese auch bis zum textilen Halbzeug und fertigen Bauteil weiterverarbeitet werden können. Durch die breite Aufstellung an textilen Produktionsprozessen am Institut ergeben sich zahllose Gestaltungsmöglichkeiten und eine riesige Anwendungsbreite, die von Leuchttextilien bis zu Feuerschutzbekleidung, von medizinischen Implantaten zu Textilbeton und von Sportbekleidung bis zu Auto-Interieur-Textilien reicht.
Die Infrastruktur für vor-, zwischen- und nachgelagerte Prüfungs- und Analysetechnik ist im Bereich „Technical Fibres“ und am ITA breit aufgestellt. Optische Messverfahren zur Faserorientierung und 3D-Verformung sowie Laser-Doppler-Anemometrie (LDA), Particle Image Velocimetry (PIV) und Highspeed- und Thermografie-Kameras werden am ITA angeboten. In einem eigenen klimatisierten Textilprüflabor stehen alle Standards der Faser-, Garn- und Flächenprüfung zur Verfügung. Dazu gehören automatisierte Einzelfaserprüfungen, Zug-Druck-Biegeprüfungen bis 10 t mit Temperierkammer und Videoextensiometer sowie Mikroskopieprüfungen (digitale Licht-Mikroskopie, REM, Micro-CT, TEM). Zudem stehen in einem Polymerlabor diverse Messverfahren wie DSC-TGA, DMA, FT-IR, Gas-Pyknometer, Rheometrie und Karl-­Fischer-Titration zur Verfügung.

Zukunftsorientierung
Zukunftsorientiert stellt sich der Bereich mit den sieben Themenbereichen Recycling, Filled Fi­bres, Shaped Fibres, Amorphous Fibres, Digitalisation sowie Texturing & Analytics auf.
Auch die Verknüpfung des Schmelzspinnens mit der Methodik des Design for Recycling wird im Bereich „Technical Fibres“ im Rahmen eines durch das BMBF geförderten Forschungsprojektes untersucht. Zur Auftrennung von textilen Mischabfällen wird ein auflösbares Nähgarn aus Polyester entwickelt. Basis für das Auftrennen der Verbünde ist ein neuartiges Mikrokapselsystem, das im Schmelzspinnprozess in das Nähgarn eingearbeitet wird. Erst beim Recycler, also am Ende des Lebenszyklus, werden die polaren Kapseln durch gezielte Mikrowellenbestrahlung aktiviert und bewirken dabei die Zerstörung des Verbundes.
Im Themenbereich partikelmodifizierte Fasern werden innovativen Fasern wie induktiv erhitzbare Fasern zur Krebsbehandlung, kohlenstoffadditivierte, elektrisch ableitende Fasern mit guter Waschbarkeit oder Agrartextilien mit schädlingswirksamer Modifikation erforscht. Neben diesen werden aber auch Komponentenentwicklungen vorangetrieben, die unabhängig vom Partikelsystem die Verarbeitbarkeit von partikelmodifizierten Schmelzen zu Fasern vereinfachen oder verbessern. So wurden kürzlich neuartige Filtersysteme zur Verarbeitung mehrerer Schmelzeströme mit hohen Partikelgehalten zur Verlängerung der Filtereinsatzzeit entwickelt.

Prozess- und produktseitige Projekte
Die Forschung an Profilfasern umfasst sowohl prozess- als auch produktseitige Projekte. Prozessseitig wird die Formbildung im Extrusionsprozess untersucht, um eine höhere Übereinstimmung der Filament- mit der Kapillargeometrie zu generieren. Produktseitig wird insbesondere an der Entwicklung neuer Faserquerschnittsgeometrien zur gezielten Funktionalisierung von Textilien geforscht. Dazu werden derzeit profilierte Multifilamente aus flammhemmemden Polyester für den Einsatz im Akustikbereich (Haus- und Heimtextilien, Transportwesen) entwickelt. Zur quantitativen Kontrolle der Qualität der Faserquerschnitte wurde eine teilautomatisierte und geometrieunabhängige Formfaktorbestimmungsmethode entwickelt.
Im Themenbereich der amorphen Fasern werden u. a. polymeroptische Fasern (POF) und ihre Anwendungen erforscht. In den letzten Jahren wurde diesbezüglich ein kosteneinsparendes kontinuierliches Herstellungsverfahren für POF mit Gradientenindex entwickelt. Derzeit wird an einem textilen Touchpad auf Basis von POF und an der Optimierung der Seitenlichtaktivierung für Beleuchtungsanwendungen geforscht.
Digitalisierung hat auch im Spinnturm am ITA Einzug gehalten. Eine Extraktion sämtlicher Daten aus dem Schmelzspinnprozess wird zurzeit umgesetzt. Untersucht werden Industrie 4.0 Ansätze zur online Qualitätsüberwachung, vorrauschauender Instandhaltung und Produktnachverfolgbarkeit.
Im Forschungsbereich Texturing wird zurzeit ein neuer, modularer Prüfstand aufgebaut, der den Falschdrahttexturierprozess abbildet. In einem aktuellen Forschungsprojekt wird daran ein neuartiges Drallaggregat getestet, dass die Prozessgeschwindigkeit bei der Verarbeitung von spinngefärbtem Garn um bis zu 40 % steigern soll.

Industry Reseach Groups
Der Bereich „Technical Fibres“ forscht derzeit in zwei Industry Reseach Groups (IRG). Dies sind Konsortien von Firmen, die gemeinsam mit dem ITA anwendungsnahe und industriell ausgerichtete Grundlagenforschung betreiben. Dabei werden sowohl technologische als auch ökonomische und strategische Fragestellungen zu relevanten Themen in der Textiltechnik adressiert. Die Mitglieder der IRG bestimmen dabei ein Forschungsthema, welches exklusiv vom ITA für die Konsortiumsmitglieder erforscht wird.
Die IRG „Meltspinning“ befasst sich thematisch mit der Modellierung des Schmelzspinnprozesses. Das übergeordnete Ziel ist es, einen Rückschluss von gewünschten Garn­eigenschaften auf Prozessparameter zu ermöglichen. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Materialeigenschaften im Prozess, resultierenden Garneigenschaften und Prozess­parametern systematisch analysiert und in ein Modell überführt. In der zweiten IRG „Polymer Recycling“ wird Rezyklierfähigkeit von Textilien sowie die Verarbeitung rezyklierter Materialien analysiert und erweitert. Die Vision des Konsortiums ist es, dass 100 % aller Textilabfälle recycelt und zu hochqualitativen textilen Endprodukten verarbeitet werden können.
Neben der Forschungstätigkeit gibt es an einem universitären Institut selbstverständlich auch Lehre. Das Lehrangebot beschränkt sich jedoch nicht nur auf Studierende der RWTH Aachen. Über die ITA-Academy werden auf Industriepartner zugeschnittene Seminare und Schulungen für Unternehmen, die neue Produkte oder Prozesse im eigenen Betrieb etablieren möchten, oder für Mitarbeiter, die verlorenes Wissen auffrischen möchten, angeboten.