Ziel der Entwicklung
Siliconbasierte Verbundmaterialien weisen unter anderem in den Bereichen Polsterkunstleder sowie Persönliche Schutzkleidung ein hohes Anwendungspotenzial auf. Gründe dafür sind vor allem die hohe Temperaturbeständigkeit und Flammwidrigkeit sowie die physiologische Unbedenklichkeit des Silicons. Allerdings weisen solche Silicionbeschichtungen im Vergleich zu PVC oder PUR als Matrix eine deutlich niedrigere Abriebbeständigkeit auf.
Ziel des Projektes war es, die Abriebfestigkeit von Siliconbeschichtungen signifikant zu verbessern, um die positiven Eigenschaften des Materials Silicon bei mechanisch beanspruchten Flächenmaterialien wie Persönliche Schutzausrüstung und Kunstleder im Mobilbereich nutzen zu können. Erreicht werden sollte dies, indem die Wirkung verschiedener Silicontypen in Kombination mit unterschiedlichen Füllstoffen auf das Abriebverhalten systematisch untersucht und synergistische Effekte herausgearbeitet werden.
Vorteile und Lösungen
Für die Entwicklung von abriebfesten, beschichteten Siliconverbundmaterialien für die Anwendung im Kunstleder- und Schutzkleidungsbereich ist die Prüfung der Abriebbeständigkeit das wichtigste Kriterium für den Erfolg des Vorhabens. In den anvisierten Anwendungsbereichen werden zwei verschiedene Normen für die Prüfung angewendet. Für Kunstleder erfolgt die Prüfung nach DIN EN ISO 5470-2 und für die Schutzbekleidung die DIN EN 388. Die Prüfung selbst wird in beiden Fälle auf dem gleichen Martindale-Abriebprüfgerät durchgeführt, wobei jeweils unterschiedliche Prüfbedingungen zur Anwendung kommen. Die wesentlichen Unterschiede liegen im verwendeten Gegenmaterial, der Kraft und der Bewertung.
Die Entwicklung umfasste umfangreiche Laborversuche, in denen systematisch die Auswirkungen der Rezeptur- und Prozessvariationen auf die Materialeigenschaften der abriebfesten Verbunde untersucht wurden. Dazu war es notwendig, in großem Umfang Labormuster herzustellen. Für eine Optimierung von Rezepturen und Prozessparametern wurden die Muster vorrangig hinsichtlich Abriebbeständigkeit nach zwei unterschiedlichen Normen geprüft. Für optimierte Varianten erfolgte eine kontinuierliche Fertigung als Rollenware über 60 Zentimeter Breite auf einer Technikumsanlage. Die optimierten Muster wurden umfassend charakterisiert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Eine Zielgruppe waren Hersteller von Persönlicher Schutzausrüstung (PSA), mit besonderem Fokus auf Schutzhandschuhen.
Die allgemeinen Anforderungen an Schutzhandschuhe sind in der EN 420 definiert. In vielen Einsatzbereichen wie beispielsweise im Katastrophenschutz (Feuerwehr, THW), bei Forstarbeiten, Bauarbeiten oder im Handwerk kommt es besonders auf den Schutz der Hände vor mechanischer Krafteinwirkung an. Handschuhe, die Schutz vor solchen Gefahren bieten, sind mit der DIN EN 388 standardisiert. Anhand dieser Norm werden Leistungsstufen u. a. in Bezug auf die Abriebfestigkeit definiert. Die jeweiligen Werte werden zusammen mit dem Symbol für die DIN EN 388 als Kennzeichnung von Schutzhandschuhen gegen mechanische Risiken verwendet. Abriebfeste Materialien sind im Bereich der PSA weiterhin auch als partielle Bestandteile auf Kleidung überall dort üblich, wo höhere Belastungen einen intensiveren Schutz erfordern. In Abhängigkeit von der konkreten Anwendung können das Knie-, Ellbogen , Schulter- oder Gesäßbereich sein. Hier liegen die größten Zielmärkte des abriebfesten Verbundmaterials mit Siliconbeschichtung für PSA. Besonders in Bereichen, in denen zusätzlich zum mechanischen auch ein thermischer Schutz gefordert wird, hat diese Entwicklung Vorteile gegenüber alternativen Beschichtungen. Das trifft auf Einsatzkräfte des Katastrophenschutzes ebenso zu wie auf Arbeiter beispielsweise im metallverarbeitenden Gewerbe.
Die zweite Zielgruppe sind hochabriebfeste Flächen für Polstermaterialien vor allem im mobilen Objektbereich, speziell für Busse, Bahnen und Passagierflugzeuge. Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften von Siliconkunstledern bezüglich der Schwerent¬flammbarkeit und der Tatsache, dass im Brandfall keine toxischen Gase entstehen, sind diese Materialien für den Mobilbereich besonders vorteilhaft. Die Anforderungen hinsichtlich Abriebfestigkeit sind sehr hoch. Für eine Anwendung als Polstermaterial bei der Bahn werden nach DIN EN ISO 5470-2 104.200 Touren gefordert, die das Material überstehen muss. Diese enorm hohen Kriterien werden bisher nur von hochabriebfesten, speziell PU-beschichteten Materialien sowie epoxid-basierten Systemen erfüllt, die allerdings nicht flächig, sondern nur punktuell appliziert werden. Eine Anwendung als Beschichtungsmasse für Kunstleder ist aufgrund der geringen Flexibilität und hohen Steifigkeit nicht möglich. Die applizierten Bereiche schützen das darunterliegende Textil zwar effizient gegen Abrieb, allerdings wird das Anschmutzverhalten oder die Flammfestigkeit des Gesamtverbundes nicht bzw. nur teilweise beeinflusst, da große textile Bereiche ungeschützt sind.