Smarte Textilien könnten Motoren ersetzen – so funktioniert der neue Stoff

Motoren bewegen Markisen, Lüftungsklappen oder Schattierungsnetze. Sie brauchen Strom, zusätzliche Bauteile und Platz. Smarte Textilien könnten einen Teil dieser Technik direkt ins Material verlagern. Neue Kunststoffgarne verkürzen sich bei Wärme und werden beim Abkühlen wieder länger. Die Bewegung entsteht also im Stoff selbst.

Entwickelt werden die Garne von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP. Grundlage sind Zwei-Wege-Formgedächtnispolymere. „Bei Temperaturerhöhung verkürzen sich die Garne, werden sie gekühlt, nimmt ihre Länge zu“, erklären die DITF. Der Vorgang lässt sich wiederholen und benötigt keine zusätzliche mechanische Verformung.

Smarte Textilien verlagern den Antrieb ins Material

Bei herkömmlichen beweglichen Textilien übernimmt meist eine separate Mechanik die Arbeit. Ein Beispiel sind Schattierungssysteme in Gewächshäusern. Motoren fahren sie ein oder aus. Dafür braucht es Steuerung, Energie und zusätzliche Bauteile. Das erhöht Gewicht, Aufwand und Kosten.

Die neuen Multifilamentgarne arbeiten anders. Ihre Länge verändert sich mit der Temperatur. Dafür sorgt die Struktur des verwendeten Kunststoffs. Erwärmt sich das Material bis zu seiner Schalttemperatur, zieht sich das Garn zusammen. Beim Abkühlen verlängert es sich wieder.

Bei 60 Grad kehrt das Garn fast vollständig zurück

Für mögliche Anwendungen stellten die Entwickler zunächst Kunststoffe mit Schalttemperaturen von etwa 30 und 60 Grad Celsius her. Anschließend optimierten sie unter anderem Spinntemperatur, Düsendurchmesser und Wickelgeschwindigkeit.

Bei 60 Grad Celsius erreichten die Multifilamentgarne eine Formstabilität von mehr als 99 Prozent. Gemeint ist damit, wie zuverlässig das Garn bei derselben Temperatur wieder dieselbe Länge annimmt. Je näher der Wert an 100 Prozent liegt, desto reproduzierbarer arbeitet das Material.

Das Garn verändert seine Länge um 16 Prozent

Auch die Größenordnung der Bewegung ist bemerkenswert. Die Garne erreichten eine reversible Dehnungsänderung von 16 Prozent. Ihre Länge verändert sich also spürbar und kehrt beim Temperaturwechsel wieder zurück. Für textile Aktoren ist diese Eigenschaft besonders interessant.

Produziert wurden die Garne bei einer Wickelgeschwindigkeit von 1500 Metern pro Minute. Die DITF werten das als Hinweis auf eine grundsätzlich wirtschaftliche Herstellung. Von einer serienreifen Anwendung ist die Entwicklung trotzdem noch entfernt.

Jetzt entscheidet sich, was aus dem Garn werden kann

Im nächsten Schritt untersuchen die Entwickler, wie sich die Fasern zu belastbaren Textilien verarbeiten lassen. Ein Rundgestrick aus den Multifilamentgarnen wurde bereits hergestellt. Zusätzlich geht es um die Frage, wie sich das Material nach seiner Nutzung thermomechanisch recyceln lässt.

Mögliche Einsatzfelder sehen die DITF in der Medizintechnik, Automatisierung, Architektur, Bekleidung und Landwirtschaft. Besonders anschaulich ist der Einsatz im Gewächshaus: Dort könnten die Garne in Schattierungs- oder Lüftungsgewebe eingearbeitet werden.

Im Gewächshaus könnte sich der Stoff selbst an die Hitze anpassen

Steigt die Temperatur, verändert das Textil seine Form. Dadurch könnte es mehr oder weniger Licht und Luft zu den Pflanzen durchlassen. Kühlt es wieder ab, nimmt das Material seine vorherige Form an.

Die DITF beschreiben als mögliches Ziel ein Gewebe, das „seine Luft- und Lichtdurchlässigkeit selbstständig an die Wetterbedingungen anpasst“. Noch ist das keine fertige Anwendung. Die laufenden Untersuchungen sollen klären, wie belastbar die Garne verarbeitet werden können und ob sie sich später recyceln lassen.

Kurz zusammengefasst:

• Smarte Textilien aus Formgedächtnispolymeren können ihre Länge allein durch Temperaturänderungen verändern: Bei Wärme ziehen sich die Garne zusammen, beim Abkühlen werden sie wieder länger.
• Die entwickelten Multifilamentgarne erreichten bei 60 Grad Celsius mehr als 99 Prozent Formstabilität und eine reversible Dehnungsänderung von 16 Prozent.
• Noch ist die Technik nicht serienreif: Als mögliche Anwendungen gelten unter anderem Agrartextilien, Medizintechnik, Architektur und Kleidung; Verarbeitung und Recycling werden weiter untersucht.

Übrigens: Auch aus altem PVC könnte künftig ein hochwertiger Rohstoff entstehen – Forscher verwandeln den schwer recycelbaren Kunststoff in synthetisches Schmieröl für Motoren und Maschinen. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © DITF