Chemische Nanotechnologie 15.04.2014, 07:00 Uhr

Forscherteam will neuartige Schutzkleidung für Schweißer entwickeln

Wer mit flüssigem Metall in Kontakt kommt, sollte sich optimal schützen. Bisher ist die gebräuchliche Schutzkleidung allerdings steif, schwer und schnell zerstört. Ein Team aus Forschern des Hohenstein Instituts für Textilinnovation und des Deutschen Textilforschungszentrums Nord-West will das jetzt ändern. 

Schweißspritzer erreichen Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius. Die Forscher experimentieren deswegen unter anderem mit einer Kombination aus organischen Polymeren und keramischen Mikroholkugeln. 

Schweißspritzer erreichen Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius. Die Forscher experimentieren deswegen unter anderem mit einer Kombination aus organischen Polymeren und keramischen Mikroholkugeln. 

Foto: Hohenstein

Schweißroboter übernehmen heute viele Arbeiten – aber noch längst nicht alle. Oft legen Menschen aus Fleisch und Blut Hand an. Rund fünf Millionen Schweißer gibt es schätzungsweise weltweit, allein in Deutschland sind es etwa 150.000. Um ihre Arbeit machen zu können, müssen diese Menschen sich schützen: Die Metallspritzer, die bei ihrer Tätigkeit entstehen, sind weit über 1000 Grad heiß. 

Deswegen tragen sie eine so genannte persönliche Schutzausrüstung (PSA). Besonders angenehm ist das nicht: Die derzeit gebräuchlichste PSA besteht aus dicht gewebtem Baumwollstoff mit sehr hohem Flächengewicht. Diese Kleidung ist also steif und schwer. 

Darüber hinaus erfüllt sie ihren Zweck zwar zuverlässig, aber in der Regel nur einmal: Selbst die flammfeste Ausrüstung wird bei Spritzern von mehr als 1000 Grad oft zerstört, obwohl die Tropfen nur kurz auf die Kleidung treffen. Das alles ist wenig befriedigend, aus rationalen Gründen aber tägliche Praxis. Eine Alternative wäre Kleidung aus Hochleistungsfasern wie Meta-Aramid. Aus Kostengründen ist sie jedoch kaum verbreitet. 

Thermisch beständige Beschichtung soll Tragekomfort erhöhen 

Wissenschaftler des Hohenstein Instituts für Textilinnovation (HIT) aus dem baden-württembergischen Bönnigheim und des Deutschen Textilforschungszentrums Nord-West haben sich dieses Problems Anfang 2013 angenommen und wollen innerhalb von zwei Jahren gemeinsam eine Alternative entwickeln, wie das Hohenstein Institut jetzt mitteilte. 

Das Ziel ihres vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Gemeinschaftsprojekts: Die neu zu entwickelnde Schutzkleidung soll einen verbesserten Schutz vor Schweißspritzern bieten, gut tragbar und unter industriellen Pflegebedingungen waschbar sein. Vor allem der letzte Punkt soll die Schutzkleidung länger einsetzbar und damit wirtschaftlich deutlich effizienter als bisherige Lösungen machen. Den Tragekomfort wollen die Forscher durch eine thermisch beständige und stark abweisende Beschichtung erreichen. Diese könnte auf Textilien aufgebracht werden, die leichter und weicher sind als die bisher gebräuchlichen. 

Ihre Ziele haben die Forscher aus einem Szenario abgeleitet, in dem sie die einzelnen Anforderungen und Bedingungen beim Schweißen in Beziehung zueinander setzen. Sie nehmen an, dass die Schweißspritzer nur geringe Mengen von geschmolzenem Metall enthalten und nur kurz mit der Schutzkleidung in Kontakt kommen, dafür aber bis zu 1600 Grad heiß sind. 

Forscher setzen auf chemische Nanotechnologie

Das bedeutet: Schutzkleidung muss resistent gegenüber Hitze und Oxidation sein. Außerdem muss sie Flüssigkeiten abweisen, um ein rasches Ablaufen des flüssigen Metalls zu gewährleisten. Die Forscher setzen dafür auf die so genannte Sol-Gel-Technik, die auf Silizium-, Aluminium- oder Zirkon-Oxid basiert. Der Sol-Gel-Prozess ist in diesem Fall ein Verfahren zur Herstellung nichtmetallischer anorganischer Materialien aus sogenannten Solen. Die dafür erzeugten Solpartikel sind so klein, dass der Sol-Gel-Prozess der chemischen Nanotechnologie zugeordnet wird. Parallel dazu testen die Forscher noch ein zweites Verfahren, das auf einer Kombination aus organischen Polymeren wie zum Beispiel Silikon und keramischen Mikroholkugeln basiert. 

Für das Projekt beschichtet das Team verschiedene Textilien, die sich in Material, Konstruktion und Gewicht unterscheiden, mit den jeweiligen Verfahren. Dann testen die Wissenschaftler nach vorher festgelegten Kriterien auf Abweiseverhalten und Tragekomfort. Dafür kommt ein spezielles Hautmodell des Hohenstein Instituts zum Einsatz. Den Test auf Wasch- und Scheuerbeständigkeit müssen die Materialien ebenfalls bestehen. Anfang 2015 sollen schließlich Richtlinien für eine möglichst effektive Ausrüstung von Schweißerschutzkleidung und deren sachgemäße Wiederaufbereitung feststehen. 

Von Judith Bexten
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