Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Papiersiebe aus Polyestermonofilen unterliegen einem hohen Verschlei\u00df. Um den Verschlei\u00df zu reduzieren, wurde in einem Machbarkeitsprojekt DBU (Az 14562) nachgewiesen, dass durch Ionen- und elektronenstrahlgest\u00fctzte Implantation von Edelgasionen in Polyestermonofile deren Abriebfestigkeit gegen\u00fcber dem Polyesterrohmaterial, um bis zu 112% gesteigert werden konnte. Das in der Machbarkeitsstudie an-gewandte Batch-Verfahren soll im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts durch eine kontinuierliche Ionenstrahlbehandlung der Polymerfilamente ersetzt werden. Durch die dadurch erh\u00f6hte Haltbarkeit von Papiermaschinenfilzen k\u00f6nnte alleine im Trockenbereich von Papiermaschinen eine Einsparung von rund 1.800 Tonnen Polyester pro Jahr erreicht werden, die damit zusammenh\u00e4ngenden \u00f6kologischen Aspekte nicht mit eingerechnet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn die beim IVT vorhandene Ionenimplantationsanlage wird ein Auf- und Abwickelsystem mit einer K\u00fchlplatte eingebaut. Die Wickelgeschwindigkeiten der Filamente sollen zwischen 0,12 mm\/min und 12 cm\/min variiert werden. Die Implantationsquelle wird mit einer Schlitzgitterkombination ausger\u00fcstet, die eine homogene Bestrahlung gew\u00e4hrleistet. Die Gesamtbreite der Substrate, die behandelt werden k\u00f6nnen, sollen 5 cm betragen. Dies ist durch die Gr\u00f6\u00dfe der Extraktionsgitter der Implantationsquelle bedingt. Die \u00dcbertragung vom Batch- in den kontinuierlichen Betrieb ist der entscheidende Schritt zu einer \u00f6konomischen Ionenstrahlbehandlung von Textilien. Das dem L\u00f6sungskonzept zugrunde liegende Arbeitsprogramm beinhaltet neben der Optimierung der Abriebfestigkeit von Polymerfilamenten durch Implantation von Edelgasionen und Edelgasionenmischungen auch die Implantation von Fluorionen und das Ion-Beam-Mixing, um TiN auf der Filamentoberfl\u00e4che zu verankern. Beim Ionen-Beam-Mixing gen\u00fcgen bereits kleine Ionendosen, um die Atome des Beschichtungsmaterials in das Polymer zu treiben. Die deutlich geringere Dosis macht das Ionenstrahlmischen wirtschaftlich interessanter als die reine Implantation. Mit Beschichtungsraten von 4 \u00b5m\/min lassen sich Durchlaufgeschwindigkeiten von ca. 1 m\/min erreichen. Die Abriebfestigkeit behandelter Polymerfilamente soll mittels eines Abriebtesters durchgef\u00fchrt werden. Filamente mit den besten Abriebeigenschaften werden mit der R\u00f6ntgendiffraktrometrie und DSC, die beide Auskunft \u00fcber etwaige \u00c4nderungen im der Kristallitgr\u00f6\u00dfe geben, weiter untersucht. Erg\u00e4nzt werden sollen die Untersuchungen durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen vor und nach \u00c4tzen der Filamentbereiche.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes wurden wieder Untersuchungen zu den grunds\u00e4tzlichen M\u00f6glichkeiten von Standzeitverl\u00e4ngerungen von Polyestermonofilen durch Ionenimplantation mit Schadstoffvermeidung und der Folge von Rohstoff- und Energieeinsparung durchgef\u00fchrt. Dazu wurden am IVT kontinuierlich durch die Implantationsanlage laufende Polyester-Monofile zun\u00e4chst mit Xe, Ar, Kr, He, N2, Hexafluorpropen-Ionen implantiert, um zu sehen, ob sich dadurch eine Erh\u00f6hung der Abriebfestigkeit von Polyestern ergab, wie sie aus dem vorangegangenen Projekt DBU Az 14562 zu erwarten war.
\nAu\u00dferdem wurde der am DWI f\u00fcr dieses Projekt erworbene Abriebtester in Betrieb genommen und erste Studien zum Erreichen einer wie bisher bekannten Abriebzeit von 10 min bis 15 min unternommen. Die Abriebwalze wurde mit einer Keramikschicht versehen, die zun\u00e4chst solche Abriebzeiten erm\u00f6glichte. Allerdings ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht endg\u00fcltig gekl\u00e4rt, ob die Art der Schicht noch einmal ge\u00e4ndert werden muss. Variationen der Korngr\u00f6\u00dfe und des Keramikschichtfinish bieten sich an.
\nDie Messungen der Standzeiten einzelner Monofile bei dem Monofilscheuertest am DWI zeigten in bestimmten Gebieten der Proben DBU 1,3,5,8,10,12,14,15,16: beim Vergleich der Mittelwerte der Proben mit dem Mittelwert des Rohmaterials von 11,52 Minuten aus 5 durchgef\u00fchrten Messungen f\u00fcr den Bereich DBU 1-16 lediglich bei einer Probe eine Standzeitverl\u00e4ngerung von 4 %, bei den anderen Proben eine Standzeitverk\u00fcrzung von 8% – 20 %. Bei einem ersten Versuch mit Hexafluorpropen ergab sich sogar eine Standzeitverk\u00fcrzung von 57 %. Einzelne Monofile zeigten gegen\u00fcber dem Mittelwert des Rohmaterials Standzeitverl\u00e4ngerungen von 1% – 24 %.
\nBeim Vergleich der Standzeiten der einzelnen Monofile des Rohmaterials f\u00fcr den Bereich DBU 1 – 16 ergaben sich im Vergleich zum angesetzten Mittelwert von 11,52 Minuten starke Schwankungen zwischen + 41 % und – 29 %. Da sich aus diesen ersten vorliegenden Abrissdaten keine Systematik entwickeln lie\u00df, wurden die n\u00e4chsten Experimente ab DBU 14 bis DBU 43 mit Ion – Beam-Mixing mit Titannitrid TiN durchgef\u00fchrt, um festzustellen, ob die zu TiN geh\u00f6rende h\u00f6here mechanische Stabilit\u00e4t sich auf die Filamente \u00fcbertragen lie\u00df.
\nDie interessantesten Ergebnisse ergaben sich bei einer zweiten Messung aus dem Bereich der Probe DBU 26 mit einer Erh\u00f6hung des Mittelwertes der Standzeiten der Monofile gegen\u00fcber dem Mittelwert der Standzeiten des Rohmaterials um 45% und einer Erh\u00f6hung der Standzeiten einzelner Monofile gegen-\u00fcber den entsprechenden Rohmaterialmonofilen um bis zu 124 %.
\nDamit k\u00f6nnte sich ein erster hochinteressanter Aspekt ergeben haben. Allerdings ist die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse noch nicht gew\u00e4hrleistet.
\nDurch Messungen mittels R\u00f6ntgendiffraktometer und mittels R\u00f6ntgenphotoelektronenspektroskop wurde TiN in den implantierten Monofilen nachgewiesen. Allerdings ist \u00fcber die Eindringtiefe noch zu wenig bekannt. Die Implantationsergebnisse sind noch nicht so gut, dass ein Einsatz implantierter Monofile in Papiersieben realisiert werden konnte.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es war das Ziel des Projektes, erste Aussagen \u00fcber den Einsatz von Monofilen mit erh\u00f6hter Standzeit im Papiersieb zu erhalten. Da dieses Ziel noch nicht erreicht wurde, ist noch keine Ver\u00f6ffentlichung vorbereitet.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Eine zuverl\u00e4ssige kontinuierliche Ionenimplantation zur Erh\u00f6hung der Standzeit von Monofilen ist noch nicht erreicht. An die Ursache daf\u00fcr muss sich noch herangetastet werden. Mehrere Details m\u00fcssen noch ber\u00fccksichtigt werden:
\nAls noch nicht endg\u00fcltig gel\u00f6st muss die Keramikbeschichtung der Abriebwalze des Scheuertestger\u00e4tes betrachtet werden. M\u00f6glicherweise ist es doch sinnvoller, die Keramikschicht nach dem Aufspritzen der Schicht abzuziehen. Dann ist die wahrscheinlich zu gro\u00dfe Aggressivit\u00e4t der Spitzen genommen, allerdings reduziert sich dann die Rautiefe und die Standzeit des Monofils k\u00f6nnte sich enorm erh\u00f6hen. Wenn abgezogen wird, sollte versucht werden, mit gr\u00f6berem Korn Plasma zu spritzen um eine Rautiefe zu erzielen, die wieder Standzeiten zwischen 10 min und 15 min beim nicht implantierten Material hervorbringt.
\nWeitere Implantationsuntersuchungen sollten auf den Versuch DBU 26 aufbauen. Die dort verwendeten Parameter des Ion Beam Mixing sollten nachgestellt und zun\u00e4chst nur minimal variiert werden. Mit dem w\u00e4hrend der Arbeiten an diesem Projekt in Betrieb genommenen R\u00f6ntgendiffraktometer sollte die Charakteristik der Beschichtung intensiv untersucht werden<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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