Gesundheit und Leistungsfähigkeit  
Leistungsfähigkeit und Überwachung des Körpers
Functionalized Fibers
MedTech and Adv. Therapeutics
Materialsicherheitsforschung

Funktionalisierte Fasern

Die Faser stellt eine attraktive, oft anisotrop ausgerichtete Materialform dar, die unterschiedlich zusammengesetzt sein kann. Zu den Bestandteilen gehören insbesondere Kunststoffe, Keramik, Metalle, Zellulose Stoffe oder Nanomaterialien.

Typischerweise verleihen wir den Fasern neue Funktionen indem wir sie aus verschiedenen Materialkombinationen herstellen oder funktional beschichten. Dazu benutzen wir unsere technologische Kompetenz aus der Kunststoff-Chemie, der Kunststoff-Physik, der Additiv-Chemie, der Keramik, der Kunststoffverarbeitung, der Beschichtungstechnologie sowie der spezialisierten Faser Analytik und Dienstleistungen. Gemäss dem Anwendungsbereich der funktionalisierten Fasern arbeiten wir in vier wichtigen Themengebieten:

Hochleistungsfasern
Mit Hilfe von bikomponenten Fasern kann man gewünschte Materialeigenschaften kombinieren wie zum Beispiel die Standfestigkeit und reduzierte Reibung, die in der 4. Generation Kunstrasen zum tragen kommt.

Hochleistungsfasern werden mit spezialisierten Eigenschaften ausgestattet um in spezifischen Anwendungen eingesetzt werden zu können. Unsere Arbeit umfasst ebenso hoch-flexible Fasern, die elektronische Signale leiten können (e-Fasern) als auch solche, die optische Signale leiten können (o-Fasern). Andererseits entwickeln wir faserförmige Sensoren aus spezialisierten keramischen Kompositen oder aus funktionalen Kunststoffen, welche mit einem oder mehreren Kontakten versehen sein können. Dank ihrer hohen spezifischen Oberfläche können Fasern auch helfen chemische Reaktionen effizienter ablaufen zu lassen. Ein Beispiel ist die Verwendung von Licht-Katalytischen Substanzen an Faseroberflächen. Solche Textilien können Gerüche oder unerwünschte Chemikalien in ihrer Umgebung abbauen. Mehrkomponenten synthetische Fasern werden in verschiedenen technischen Textilien eingesetzt; so haben wir beispielsweise die 4. Generation von Kunstrasen mitentwickelt. Nur mit einer geeigneten Kombination von zwei Materialien konnte man die ungewollt hohe Reibung dieses Kunstrasens reduzieren und gleichzeitig eine bessere Standfestigkeit erhalten.

Anorganische Fasern und Komposite
Anorganische Fasern und Komposite können eine erstaunliche Flexibilität aufweisen, was attraktive neue Anwendungsgebiete eröffnet.
  Anorganische Fasermaterialien sind speziell für technische Anwendungen interessant. Eine der frühesten Anwendungen ist die Verstärkung in Faserverbundstoffen. Für die Filtration und die Gastrennung sind poröse, als auch dichteHohlfasern im Einsatz. An der Empa werden Nano-Fasern aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche als Basis für katalytische Prozesse untersucht. Sogenannte intelligente Fasermaterialien (z.B. piezoelektrische, Form-Gedächtnis Materialien, sowie piezoresistive oder magnetorheologische Kompositmaterialien) werden für den Einsatz als Sensoren oder Aktuatoren entwickelt. Adaptive (intelligente) Fasern werden zum grössten Teil zu Kompositen weiterverarbeitet (z.B. aktive Faser Komposite). Nennenswerte Anwendungen solcher Faser-Kompositen beinhalten Ultraschall Wandler, Energie-Ernte Systeme oder die Überwachung von Strukturintegrität.
Faser-basierte Technologien
Fasern passieren einen tiefdruck Plasma Reaktor und erhalten dabei neue funktionale Eigenschaften. Solche Prozesse sind absolut Lösungsmittelfrei und verbrauchen sehr wenig Energie.

Manchmal sind neue Technologien oder Prozesse notwendig um neue Faserentwicklungen in die Industrie zu transferieren. Aus diesem Grund haben wir Einrichtungen und Erfahrung in den Bereichen Faserherstellung, Kunststoffverarbeitung und Beschichtungen. Bedeutende Beispiele umfassen eine einzigartige Drei-Komponenten Schmelzspinnanlage für die Kombination von verschiedensten Materialien in einer Faser, sowie diverse tiefdruck Plasma- Prozesse und Reaktoren für die Behandlung von einzelnen Fasern oder textilen Flächen. Beide Plasma Prozesse haben eine erfolgreichen Transfer in die Industrie bereits hinter sich. Des Weiteren benutzen wir Knet- und Extrusions- Prozesse, insbesondere um Additive und Partikel in die Faser zu bringen; aber auch Elektrospinn Geräte sind vorhanden um Nano-Fasern mit sehr grosser spezifischer Oberfläche aus neuen Materialien zu erzeugen.

Grüne und nachhaltige Additive und Beschichtungen
Neuartige Additive, wie zum Beispiel Brom- und Halogen freie Flammschutz-Moleküle, sind umweltfreundlicher, nachhaltiger und emittieren keine giftigen Nebenprodukte wie Formaldehyd.

In letzter Zeit steigt das Interesse an umweltfreundlichen und nachhaltigen Technologien für Textilien und andere Kunstofferzeugnisse. Diese Linie verfolgen wir mit der chemischen Synthese von halogenfeien und Formaldehyd-freien Flammschutzmitteln. Für medizinische Anwendungen arbeiten wir an neuartigen antibakteriellen Ausrüstungen mit Silber Ionen sowie natürlichen Bioziden, die die Umwelt minimal belasten. In Hinblick auf die zu erwartende Rohstoffknappheit untersuchen wir verschiedene neue Bio-Kunststoffe auf Ihre Eignung als Faser Rohstoff. Hier arbeiten wir sowohl mit kommerziell erhältlichen Materialien als auch mit Materialien welche vorerst nur in den spezialisierten Laboratorien unserer Partner existieren.

Kontakt

Prof. Dr. Manfred Heuberger, Abteilungsleiter
Tel. +41 58 765 78 78
manfred.heuberger@empa.ch

Dr. Frank Clemens
Tel. +41 58 765 4821
Frank.clemens@empa.ch

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