Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V. – STFI


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Geförderte Projekte: 61


Spinnvliesstoffe zur Luftfiltration in Fahrzeugen – CAMOFIL -


Mehrschichtiger Strukturaufbau eines CaMoFil Filtermediums (links). Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Struktur (mittig). Druckverlust in den verschiedenen Schichten (rechts)
Mehrschichtiger Strukturaufbau eines CaMoFil Filtermediums (links). Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Struktur (mittig). Druckverlust in den verschiedenen Schichten (rechts)

Projektidee

Der hochspezialisierte Filtrationsmarkt ist ein stetig wachsender Absatzmarkt für Vliesstoffe. Die vermehrte Erzeugung von Feinststäuben durch technische Prozesse, partikelempfindliche Produktionstechniken und nicht zuletzt der Verschmutzungsschutz von technischen Komponenten wie z. B. Heiz- und Klimageräten erfordern immer leistungsfähigere Filtermedien.
Schwerpunkt der Forschungsarbeiten im vorliegenden Vorhaben war die Entwicklung von leistungsfähigen, aber auch energieeffizienten Luftfiltermedien. Die neuen Filtermedien sollen einerseits viel Luft ohne großen Widerstand durchlassen und andererseits darin enthaltene Partikel effizient zurückhalten.
Zielführend bei der Lösung dieses Konfliktes sind, insbesondere für Innenraumfiltermedien, elektrostatisch aufgeladene Vliese mit Ladungskonstanz. Vorteile dieser Medien sind hohe Abscheideeffekte über das gesamte Partikelgrößenspektrum und somit die Gestaltung einer offenen Filtermedienstruktur, welche den Energieverbrauch der Lüfter minimiert und eine für den Fahrgastraum ausreichende Frischluftmenge durchlässt. Zur Einbringung einer konstanten Ladung in einen Spinnvliesstoff ist die Schaffung einer geeigneten Aufladeeinrichtung nötig. Hierbei muss gewährleistet werden, dass die Ladung gleichmäßig erfolgt und langfristig im Material aufrechterhalten wird. Hierzu ist vorgesehen, die Effektivität der Einbringung von Additiven zur Ladungsstabilisierung in das Rohmaterial zu prüfen. Zur Untersuchung dessen ist es im vorliegenden Forschungsvorhaben außerdem erforderlich, eine geeignete Möglichkeit zum Quantifizieren des Ladungszustandes der hergestellten Filtermedien zu erarbeiten. Der Einsatz als Luftfilter in Fahrzeugen erfordert eine platzsparende Bauweise der Filterelemente. Dies ist nur realisierbar mit gefalteten Filtermedien. In diesem Zusammenhang spielt die mechanische Stabilität der verwendeten Materialien eine entscheidende Rolle. Eine hohe Mediensteifigkeit optimiert die Plissierbarkeit und führt damit zur Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Robustheit der Filterelemente.
Ein weiterer Ansatz, insbesondere für Motoransaugluftfilter, ist die Kombination dieser Spinnvliesstoffe mit Feinfaservliesen zu Tiefenfiltermedien mit Gradientenstruktur. Für ein gutes Gleichgewicht zwischen Abscheidegrad und Staubspeicherkapazität ist eine optimale Wahl von Faserdurchmesser, -dichte, -orientierung sowie der Oberflächenstruktur nötig. Realisiert werden sollte ein Anlagenkonzept zur Herstellung von Filtermedien mittels unterschiedlicher Spinnvliestechnologien, die sich vom Stand der Technik abheben durch:

  • Hohe mechanische Stabilität
  • Flexibilität im Medienaufbau (Baukastensystem)
  • Anwendung angepasster Verfestigungsarten (thermisch, mechanisch)
  • Einbringung einer langzeitstabilen elektrostatischen Aufladung
Ein solches universelles Anlagenkonzept gibt aufgrund der potenziell hohen Auslastung die Möglichkeit der kostengünstigen Herstellung von leistungsfähigen Luftfiltermedien.
Darüber hinaus besteht die Chance, die gewonnenen Erkenntnisse auf andere Anwendungsgebiete zu übertragen. So wäre durch entsprechende Modifikation des Herstellungsprozesses die Verwendung für Filter mit erhöhten Anforderungen an die Abscheideleistung oder auch für die Flüssigkeitsfiltration denkbar.

Kundennutzen

Der Bedarf an umweltfreundlich hergestellten synthetischen Filtermedien mit hoher Abscheideleistung im Feinstpartikelbereich steigt ständig an. Neben einer hohen Abscheideleistung werden Forderungen nach Filtermedien mit möglichst niedrigem Luftwiderstand und langer Nutzungsdauer immer stärker. Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens standen ferner der Gesundheitsschutz von Fahrzeuginsassen sowie der Schutz von empfindlichen  technischen Fahrzeugkomponenten durch wirksame Abscheidung von Pollen, Schadstoffen, Luftschwebstoffen und Abriebteilchen. Aber auch wirtschaftliche Gesichtspunkte wie Minimierung von Lüfterleistungen und Baugrößenreduzierung wurden bei den Entwicklungslösungen berücksichtigt. Die vorgesehenen Technologiekombinationen für ein- und mehrschichtige Filterstrukturen aus traditionellen Vliesstoffschichten und neuen Hochleistungsmaterialien orientieren sich an diesen wichtigen Marktforderungen.

Basierend auf Grundkenntnissen zur Partikelabscheidung in Vliesstofffiltermedien und Ergebnissen aus Simulationsuntersuchungen wurden Grundsatzlösungen zum Herstellen von leistungsfähigen, im Baukastensystem aufgebauten Filtermedien für unterschiedliche Einsatzfälle im Bereich der Luftfiltration in Fahrzeugen aufgezeigt. Neben unterschiedlichen Faserstoffarten, Vliesstofftechniken und Vliesstoffarten bilden die Funktionalisierung durch mechanische Kombinationen mit Fein-/Feinstfaser-Spinnvliesstoffen und Additivzusätzen Schwerpunkte.

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes sind für Textilunternehmen mit entsprechenden maschinentechnischen und technologischen Voraussetzungen Grundlage zum Erschließen neuer Märkte und damit zur Erweiterung ihres Lieferprogramms mit innovativen Produkten. Die hohe Wertschöpfung der neuen Produkte kann zum wirtschaftlichen Wachstum der vliesstoffherstellenden Unternehmen aber auch bei den potenziellen Anwendern beitragen.

Ausblick

Insgesamt kann nach Abschluss des Forschungsvorhabens eingeschätzt werden, dass sowohl technisch erfolgversprechende als wirtschaftlich produzierbare Lösungsansätze entwickelt wurden. Die Forschungsergebnisse bilden eine Grundlage für die Weiterentwicklung und Qualitätsverbesserung von Filtermedien für den Einsatz in Fahrzeugen. Vor einer überleitung in die Produktion sind jedoch weitere Untersuchungen zwingend erforderlich. Ein wichtiger Schritt für die spätere Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Unternehmenspraxis ist die Hochskalierung der Filtermedienherstellung vom Technikumsmaßstab auf industrielle Vliesbildungs- und Verfestigungsanlagen. Eine Vermarktung der Projekter-gebnisse ist dem derzeitigen Entwicklungsstand noch nicht möglich.
Nichtdestotrotz ist es dem STFI e. V. möglich auf Basis der erzielten Grundlagenergebnisse, ab Mitte 2015 weiterführende Kundenversuche und die dazu gehörigen Materialprüfungen anzubieten, in die die gewonnenen Erkenntnisse einfließen können.

Stand: 08.12.2015
Projektdaten aktualisiert: 02.12.2015

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