Forschungsprojekt

Schweißer-Schutzkleidung der Zukunft

Mehr Schutz, einen höheren Tragekomfort und eine ausreichende Waschbeständigkeit bei Schweißer-Schutzkleidung waren das Ziel eines gemeinsamen Forschungsprojekts (AiF-Nr. 17680 N) des Deutschen Textilforschungszentrums Nord-West (DTNW) in Krefeld und der Hohenstein-Institute in Bönnigheim. Dabei sollten Beschichtungen auf Basis von anorganisch-organischen Hybridpolymeren sowie der Einsatz von Mikro-Hohlkugeln und Carbonfaser-Mehl als Additive in organischen Beschichtungen flüssige Metallspritzer schnell vom Stoff ableiten und den Schweißer weniger schnell zum Schwitzen bringen.

Schutzkleidung für Schweißer müssen bis zu 1.600°C heiße Metallspritzer abweisen können.

Was bisher schwierig war...

Bisherige Schutzkleidung für Schweißer besteht zumeist aus dicht gewebten Baumwollstoffen mit einem sehr hohen Flächengewicht und niedriger Atmungsaktivität. Die beim Schweißen entstehenden Metallspritzer kommen für gewöhnlich mit der Schutzkleidung nur kurz in Kontakt, allerdings können diese Spritzer über 1.600°C heiß sein und so die Fasern der Schutzkleidung schädigen. Daher gilt bis dato: Je schwerer das Gewebe desto effektiver ist die Isolation beziehungsweise Barriere gegenüber den Metallspritzern. Durch die eingesetzten schweren und steifen Materialien kommt der Schweißer allerdings schneller ins Schwitzen, was den Tragekomfort deutlich herabsetzt. Alternative Schweißer- Schutzkleidung aus Hochleistungsfasern wie Meta-Aramid bieten zwar eine bessere Temperaturbeständigkeit und eine vergleichbare Schutzwirkung bei niedrigerem Flächengewicht, sind aber sehr teuer und deshalb wenig im Markt verbreitet.

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Ziel der Forscher war es daher, eine leichtere und damit komfortablere Ausrüstung für Schweißer-Schutzkleidung zu entwickeln, die über eine hohe Stabilität gegenüber thermischen und oxidativen Einflüssen verfügt. Des Weiteren sollte die Ausrüstung Metallspritzer unbeschadet ablaufen lassen können.

Was sein kann…

Im ersten Schritt stellten die Forscher des DTNW mit Hilfe der sogenannten Sol-Gel-Technik thermisch besonders beständige Dünnschichten mit hohem anorganischem Anteil her. Dabei setzten sie Metalloxide wie Silizium-, Aluminium- oder Zirkon-Oxid ein, die einen Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur der flüssigen Metallspritzer haben. Das Ergebnis war eher enttäuschend, da bei der Applikation von thermisch beständigen Dünnschichten keine relevanten isolierenden Effekte erzielt wurden und somit der Schweißer-Schutzes nach DIN ISO 9150 nicht signifikant verbessert wurde. Die Wissenschaftler erkannten, dass sie die Schutzwirkung nur verbessern können, wenn sie die auf den Körper übergehende Wärmemenge verringern. Vor diesem Hintergrund versahen sie die Basis-Solen im nächsten Schritt mit funktionellen Silanen und anderen Additiven, um die Kontaktzeit zwischen Textil und heißem Stahl zu verkürzen. Durch die reduzierte Oberflächenenergie konnten sie somit an kommerziell eingesetzten Geweben eine Erhöhung der Schutzklasse erreichen.

Alternativ wurden an den Hohenstein-Instituten Untersuchungen von Ausrüstungen mit organischen Polymeren wie Silikon und Fluorcarbon durchgeführt, in die keramische Mikro-Hohlkugeln und Carbonfasern eingebracht wurden. Während die Mikro-Hohlkugeln keine verbesserte Abweisung der flüssigen Metallspritzer mit sich brachten, optimierte das Carbonfaser-Mehl die Schutzwirkung für leichte Gewebe - ein vielversprechender Ansatz. Ein weiteres Plus: Bei allen getesteten Ausrüstungen wurde der Komfort des Materials nur unwesentlich beeinflusst. Allerdings sind die Forscher noch nicht mit der Waschbeständigkeit der Ausrüstungen zufrieden.

Was kommen wird…

Den kompletten Verzicht auf fluorierte Additive hatten weitere Vorversuche zum Ziel. Dabei erkannten die Forscher, dass sich die Schutzklasse auch durch den Einsatz strukturierter Oberflächen verbessern lässt. Als Erklärung ziehen sie Parallelen zum Lotus-Effekt. So lasse das Gewebe Metallspritzer an seiner Oberfläche abperlen wie Wassertropfen an einer Lotuspflanze. Für die Forscher ist dieser Ansatz so zielversprechend, dass in einem Folgeprojekt des Deutschen Textilforschungszentrums Nord-West (DTNW) und der Hohenstein-Institute dieser neue Ansatz und die Interaktion von wärmeleitender Beschichtung mittels organischen Bindesystemen erforscht werden sollen. cs

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