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Technik|Digitales

Textilen Innovationen auf der Spur

Webvorgang
Moderne Technik sorgt für innovative Textilien. (Foto: Prin / Fotolia.com)
Neue Materialien, innovative Produktionsprozesse, smarte Technologien: In der Welt der Textilien gibt es ständig neue Entwicklungen, die für neue Impulse in der Bekleidungsindustrie sorgen. Nicht immer wird dabei das Rad ganz neu erfunden. Manchmal sind es auch herkömmliche Materialien, die wiederentdeckt werden oder durch neue Herstellungsmethoden plötzlich ganz andere Möglichkeiten mit sich bringen.

Grüne Textilien: Nachhaltigkeit in der Bekleidungsindustrie

In den letzten Jahren hat sich ein Trend zu nachhaltigeren, „grünen“ Produkten auf dem Markt abgezeichnet. Die Verbraucher legen zunehmend mehr Wert auf eine umweltfreundliche Herstellung, umweltverträgliche Materialien und einen verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen. Wenn auch weniger deutlich wie in anderen Branchen, zeigt sich dies auch bei Textilien. Dabei steckt gerade in diesem Bereich viel Innovationspotential.

Alte Fasern neu entdeckt

Ein Weg dabei führt über die Vergangenheit. Heute sind altbekannte Naturfasern wieder sehr gefragt. Galten Flachs-, Jute- oder Hanfstoffe lange Zeit als grob und rau, hat sich dies in der Zwischenzeit stark gewandelt. Die Textilien konnten oftmals mit den geschmeidigen Stoffen aus Kunstfasern oder supergekämmter Baumwolle nicht mithalten.

Dank neuer Herstellungsmethoden und moderner Maschinen können die Pflanzenfasern inzwischen jedoch ebenfalls zu feinen und anschmiegsamen Geweben verarbeitet werden und weisen teilweise hervorragende Materialeigenschaften auf:

    • Flachs: Auch als Leinen bezeichnet, stammt die Faser hier von der Leinpflanze und besteht zu einem großen Teil aus Cellulose (rund 70 Prozent). Das Textil ist sehr pflegeleicht, von Natur aus schmutzabweisend, bakteriozid, leicht glänzend und flusenfrei. Durch sein hohes Speichervermögen für Feuchtigkeit ist Leinen sehr angenehm zu tragen und hat im Sommer eine kühlende Eigenschaft.
      Flachs wird heute auch verstärkt als Dämmmaterial oder als technisches Gewebe eingesetzt. Die zähen und hochgradig reißfesten Fasern finden in Faserverbundwerkstoffen in der Automobilindustrie vielseitige Anwendung.
    • Hanf: Die Fasern des Nutzhanfs werden seit Jahrhunderten für Textilien verwendet. Eine höhere Qualität kann heute durch eine feinere, maschinelle Aufspaltung der Fasern erreicht werden. Die Vorteile liegen hier bei einer sehr hohen Scheuerfestigkeit, einer natürlichen Beständigkeit gegen Pilze und Salzwasser, sowie einer hohen Strapazierfähigkeit.
      Auch Hanf wird heute vermehrt als Dämmstoff, als Textilflies oder ebenfalls in Faserverbundstoffen eingesetzt. Der größte Anteil liegt jedoch in der Textilindustrie, wo die Faser zunehmend an Bedeutung gewinnt.
    • Jute: Auch Jute ist eine Naturfaser und wird aus der Jutepflanze gewonnen. Ähnlich wie Flachs besticht das Gewebe durch seine guten Eigenschaften bei der Feuchtigkeitsregulierung, und verfügt darüber hinaus über eine besonders hohe Dehnfestigkeit. Sie haben einen natürlichen Glanz und sind leicht verrottbar.
      Durch die spezifischen Eigenschaften eignet sich die Faser bestens für technische Anwendungen, wo sie heute den wichtigsten Faserwerkstoff darstellt. Vor allem für Verpackungsmaterial ist Jute der am häufigsten genutzte Stoff. Weitere innovative Anwendungen haben die Nachfrage zuletzt stark ansteigen lassen.
    • Kokos: Die Fasern aus der äußeren Hülle der Kokosnuss können durch aufwändige Verfahren ebenfalls nutzbar gemacht und zu Textilien verarbeitet werden. Die Fasern sind resistent gegen Pilz- und Bakterienbefall, besonders haltbar auch in feuchtem Klima und haben darüber hinaus besonders wärme- und schallisolierende Eigenschaften. Neben der schlechten Entzündbarkeit sind sie deshalb als Dämmstoff ideal. Durch die hohe Abrasionsbeständigkeit werden sie zudem immer häufiger für Verbundwerkstoffe eingesetzt.
    • Leinenstoff
      Naturfasern verfügen über viele gute Materialeigenschaften. (Foto: Glaser / Fotolia.com)

      Bambus: Die Fasern des Bambus sind zu kurz, um zu einem Faden weitergesponnen zu werden. Gewebe aus diesem Rohstoff nutzen die Zellulose, aus der eine Viskosefaser hergestellt wird. Die bei diesem chemischen Prozess entstehende Faser hat stets die selben Eigenschaften, unabhängig davon, ob der Rohstoff aus Bambus, Weizenstroh oder von anderen Pflanzen stammt.

Viskosefasern haben angenehme Trageeigenschaften und haben ein gutes Wasseraufnahmevermögen. Die Produktion ist Ressourcenschonender als beispielsweise die Verarbeitung von Baumwolle. Aus nachwachsenden Rohstoffen statt aus Erdöl sind die Bambustextilien somit weniger umweltbelastend.

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Recyclingstoffe auf dem Vormarsch

Auch die Recyclingtechnik hat sich stetig weiterentwickelt und inzwischen werden Fasern aus eingeschmolzenen PET-Flaschen hergestellt. Teilweise weisen diese eine bessere Umweltbilanz auf als „Neuware“ aus frischen Rohstoffen. Dennoch ist der Energieaufwand zum Schmelzen sehr hoch und oft müssen PET-Abfälle über weite Strecken transportiert werden, was die Umweltfreundlichkeit wiederum relativiert. Derzeit ist der Anteil an Recyclingfasern in der Textilindustrie noch sehr gering und beträgt oft nur wenige Prozentpunkte.

Alte Textilien zu recyceln ist sehr aufwändig und vor allem bei Mischgeweben mit vielen Problemen verbunden. In der Regel findet hier eher ein Downcycling statt. Die Alttextilien werden zu minderwertigen Produkten wie Malerflies oder Putzlappen verarbeitet. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen im Bereich der Dämmstoffe

Mehr Bio in der Branche

Durch den Fast Fashion Boom mit vier bis sechs statt bislang zwei Modekollektionen pro Jahr ist die Nachfrage nach textilen Rohstoffen stark gewachsen. Dies konnte lediglich durch eine erhöhte Produktion von Synthetikfasern gewährleistet werden. Zwischen den Jahren 2000 bis 2016 stieg der Einsatz von Polyester in der Modebranche laut Greenpeace von 8,3 auf 21,3 Millionen Tonnen weltweit.

Inzwischen hat sich hier jedoch eine Trendwende angekündigt und Rohstoffe wie Biobaumwolle sind wieder stärker gefragt. Einige große Unternehmen setzen auf Nachhaltigkeit und bauen ihr Produktsortiment mit Bio-Cotton stetig aus. Vom Anbau bis zur Produktion  des Stoffes müssen dabei gewisse Standards eingehalten werden, damit die Baumwolle das spezielle Bio-Zertifikat tragen darf.

Die verschiedenen nationalen oder internationalen Richtlinien der Zertifikate und Ökolabel beinhalten dabei unterschiedliche Vorgaben und Kriterien:

  • biologische Anbaumethoden der pflanzlichen Rohstoffe
  • Mindestanforderungen für den Einsatz chemischer Stoffe bei der Verarbeitung
  • Verbot toxischer Stoffe wie Schwermetalle oder Formaldehyd
  • Umweltschutzstandards für die verarbeitenden Betriebe, z.B. im Bereich Abfallmanagement, Abwasserreinhaltung oder Ressourcenverbrauch
  • Mindestanforderungen an Sozialstandards für die Angestellten der Produktionsbetriebe oder Handelspartner

Innovative Textilien und Herstellungsprozesse

Textilien spielen nicht nur in der Modewelt eine wichtige Rolle. Sie sind auch Rohstoff in vielen anderen Bereichen wie etwa der Architektur, der Medizin oder auch in der Energiebranche. Neue Herstellungsverfahren und die Verschmelzung mit anderen Technologien schafft hier innovative Anwendungen. Textilien können immer mehr Funktionen übernehmen oder als sogenannte Smart- oder E-Textiles auch eine direkte Verbindung zur digitalen Welt darstellen.

Textillager
Moderne Compositmaterialien vereinen die Eigenschaften verschiedener Ausgangsfasern. (Foto: onizu3d / Fotolia.com)

Innovative Kompositmaterialien

Die unterschiedlichen Fasertypen – egal ob natürlichen (pflanzlichen) oder künstlichen (chemischen) Ursprungs – zeichnen sich jeweils durch spezifische Eigenschaften aus. Durch eine Kombination verschiedener Ausgangsmaterialien können Textilien mit einer ganz neuen Beschaffenheit und erweiterten Merkmalen entstehen.

So werden Gewebe aus Naturfasern, die sehr gute feuchteregulierende Eigenschaften aufweisen durch die Beimischung künstlicher Polyester- oder Polyamidfasern formstabiler oder elastischer.

Ein gutes Beispiel ist hier das Material Kapok, das aus der Hohlfaser des Kapokbaumes gewonnen wird. Die extrem leichte Faser hat hervorragende Dämmeigenschaften und war lange Zeit jedoch nicht zu einer längeren Faser verspinnbar – unter anderem durch die kurze Faserlänge von nur rund 20 Millimetern und der äußeren Wachsschicht. Erst durch ein neues Verfahren ist dies heute möglich und Kapok kann inzwischen zu einem bestimmten Anteil anderen Fasern beigemengt werden. Die neu entstandenen Mischgewebe sind besonders leicht, wasserabweisend und teilweise sogar schwimmfähig.

Lavalan ist eine weitere Neuentwicklung. Dahinter verbirgt sich ein Komposittextil aus natürlicher Wolle mit einem Anteil von 85 bis 92 Prozent und einer chemisch produzierten Polymerfaser aus Milchsäure (8 bis 15 Prozent). Die guten Wärmedämmeigenschaften, das große Wasseraufnahmevermögen und die hohe Geruchsbindung der Wolle werden so erweitert um eine besondere Formstabilität und eine gute Waschbarkeit.

Die Verbindung zweier Textilien mit unterschiedlichen Eigenschaften ist ebenfalls eine Möglichkeit, neue Hightech-Stoffe zu kreieren.

3D-Gewebe

Nicht nur durch die Verbindungen mit anderen Materialien als Komposit, auch die Verarbeitung selbst kann dazu beitragen, dass ein Textil ganz neue Eigenschaften aufweisen kann. Seit einiger Zeit sorgt die sogenannte 3D-Stricktechnik hier für zahlreiche innovative Textilien.

Dabei können nicht nur Fasern unterschiedlichen Ursprungs zu einem festen Gewebe miteinander verbunden werden, die digital gesteuerten Maschinen können durch Anzahl, Position und Dichte der Maschen auch unterschiedlich feste Bereiche in einem einzigen Textil realisieren.

Auf diese Weise bekommt der Stoff plötzlich noch eine dritte Dimension. Die Stücke werden genau passend für die jeweilige Anwendung gestrickt und können an den passenden Stellen durch ein dichteres Maschenbild eine höhere Stabilität aufweisen, an anderen Stellen durch eine luftigere Strickweise flexibler und atmungsaktiver sein.

Durch die individuelle Fertigung entstehen bei der Produktion so gut wie keine Abfälle. Die digitale Steuerung der Maschinen sorgt zudem für eine große Flexibilität und niedrige Investitionskosten auch bei kleineren Stückzahlen.

3D-Strickgewebe können in den verschiedensten Bereichen eingesetzt werden. In der Bekleidungsindustrie sind sie bei modernen Sportschuhen zu finden, im Maschinenbau als technische Gewebe oder in der Möbelindustrie bei leichtgewichtigen Sitzmöbeln, bei denen ein Stahlrohrgestell mit einem dreidimensionalen Sitzbezug bespannt wird.

In diesem Bereich hat sich das Material nicht nur durch die besonderen funktionalen Eigenschaften bewährt, die Stricktechnik ermöglicht auch innovative Oberflächenstrukturen. Diese sorgen nicht nur haptisch sondern auch formalästhetisch für frischen Wind als Sitzmöbelbezüge oder andere Wohntextilien.

Innovative Oberflächenbehandlung

Der Funktionsumfang eines Textils kann jedoch auch auf andere Weise erweitert werden. Die Oberflächenbehandlung und -ausrüstung ist hier ein breites Feld, das unzählige neue Anwendungen schaffen kann.

Durch die Behandlung – egal ob durch chemische Prozesse oder mechanische Verfahren – dadurch lassen sich die verschiedensten Eigenschaften eines Textils verbessern:

  • Höhere Fleckbeständigkeit
  • Höhere Brandschutzklasse
  • Höhere Stabilität und Abriebfestigkeit
  • Antimikrobielle oder antibakterielle Ausrüstung
  • Höhere Wasserabweisung

Darüber hinaus können Textilien auch ganz neue Eigenschaften bekommen. Durch eine spezielle chemische Ausrüstung können Stoffe aktiv zur Luftreinigung eingesetzt werden. Die in den Fasern eingelagerten chemischen Bestandteile können Schadstoffe aus der Luft aufnehmen und so zu einem angenehmeren Raumklima beitragen. Wohntextilien wie Gardinen können auf diese Weise etwa Zigarettenrauch absorbieren.

ilweise kommt eine hochentwickelte Technik zum Einsatz, um Textilien entsprechend zu beschichten oder die Oberflächen zu behandeln. So sorgt die sogenannte Plasmabehandlung durch die Befeuerung des Materials mit elektrischen Entladungen dafür, dass das Gewebe leichter andere Stoffe annimmt und sich mit diesen verbindet.

Bekleidung on Demand

Gerade innovative Produktionsmethoden mit Hilfe digital gesteuerter Fertigungsautomaten sorgen dafür, dass Textilien künftig noch individueller hergestellt werden können. Das Programm gibt vor, in welche Form die einzelnen Fasern zusammengestrickt oder miteinander verwoben werden. Die Produktionsanlagen sind hochflexibel und lassen sich schnell auf andere Vorgaben umstellen.

Die Digitalisierung sorgt zudem dafür, dass Kleidung kosteneffizient in unterschiedlichen Größen produziert werden können und somit etwa auch auf individuelle Körpermaße anpassbar ist. Wenn einzelne Maßangaben bekannt sind, kann ein Schnittmuster entsprechend verändert und durch den digital gesteuerten Zuschnitt direkt auf die Textilbahnen übertragen werden. Dabei sorgt spezielle Software zudem dafür, dass die Stoffe möglichst effizient ausgenutzt werden und so wenig Verschnitt wie möglich anfällt.

In diesem Bereich sind künftig auch innovative Lösungen im Handel gefragt. Durch weitere Strukturen zur Erfassung der individuellen Körpermerkmale könnten die Kunden dann Kleidungsstücke passend zu ihren persönlichen Bedürfnissen herstellen lassen. Auch andere Individualisierungsmöglichkeiten sind an dieser Schnittstelle denkbar. Auch die Stoff- oder Farbauswahl und die Ausstattung mit bestimmten Details könnte dabei mit einbezogen werden und zu einem höheren Personalisierungsgrad und der Befriedigung individueller Kundenwünsche beitragen.

Smart Textiles: Schlaue Stoffe für die Zukunft

Neben der Verbindung unterschiedlicher textiler Ausgangsmaterialien geht es in einem anderen Forschungsfeld um die Einbindung elektronischer Bauelemente um sogenannte Smart Textiles zu schaffen. Die digitalen Komponenten erlauben zahlreiche neue Anwendungsfelder für die entsprechend ausgerüsteten Stoffe.

Moderne Funktionstextilien

Durch hauchdünne eingewebte und integrierte Sensoren können die Textilien beispielsweise zur Überwachung bestimmter Körperfunktionen eingesetzt werden. Anders als die üblichen Wearables wie Fitnessarmbänder oder Pulsmesser können die digitalen Fühler noch näher an der Haut getragen werden und zudem individueller platziert werden – genau dort, wo ein Messergebnis gefragt ist.

Verschiedene Anwendungen können unter dem Schlagwort „Wearable Computing“ zusammengefasst werden:

  • Leuchttextilien: Durch die Verbindung mit LED-Technik oder leuchtfähigen Glasfasern können Textilien zum Leuchten gebracht werden. Denkbar sind Anwendungen zur Erhöhung der Sichtbarkeit und dadurch der Sicherheit
  • GPS-Einbindung: Mit Kinderkleidung, die mit GPS-Chips ausgestattet ist, kann der Standort des Trägers herausgefunden werden. Auch für die Ausstattung von Militärpersonal ist dies eine sinnvolle Anwendung.
  • Thermoregulation: Kleidungsstücke können mit Hilfe eingewobener Heizfasern als textiles Heizsystem eingesetzt werden. Durch die fortgeschrittene Technik sind die elektrischen Komponenten dabei kaum spürbar und lassen sich ohne Komfortverlust mit einbinden.
  • Sensortextilien: Entsprechend ausgestattete Materialien können mit Hilfe der integrierten Sensoren Schadstoffe erkennen und dies durch ein Signal oder eine Zustandsänderung anzeigen.

Eine relativ neue Anwendung ist die Nutzung als Energiespeicher oder auch -produzent. Dazu wurden Fasern entwickelt, die zu textilen Solarzellen verarbeitet werden können. Auch hauchdünne Aufdrucke der entsprechenden technischen Bestandteile ist heute möglich. Auf diese Weise wird die Kleidung selbst zum Stromproduzenten. So können weitere digitale Anwendungen wie LEDs oder auch externe Geräte wie ein Musikplayer durch die Textilien mit Strom versorgt werden.

Textilien in der Bauindustrie

Umfangreiche Einsatzmöglichkeiten bieten sich für innovative Textilien auch in der Bauindustrie und Architektur. Schon immer wurde Beton mit Hilfe verschiedener Zusätze stabiler gemacht. Früher wurden Pflanzenfasern beigemengt, später begann der Siegeszug des Stahlbetons.

Textilmembrane
Mit Textilmembranen sind in der Architektur innovative Strukturen möglich. (Foto: Frank Gärtner / Fotolia.com)

Textilfasern oder andere textile Armierungstechniken sorgen hier künftig für noch mehr Gestaltungsfreiheit. Dabei sind oft viel kleinere Querschnitte und Dimensionen möglich, ohne dass eine Konstruktion dabei an Stabilität einbüßen muss. Je nachdem welche Textilien und Fasern eingesetzt werden, können verschiedene Eigenschaften erzielt werden. Wie bei der 3d-Stricktechnik ist es zudem möglich, innerhalb eines Bauteils effizient mehrere unterschiedliche Beschaffenheiten zu realisieren.

Zum Bereich der textilen Architektur gehört auch die Konstruktion von Bauteilen direkt aus Textilien. Gespannte Flächen oder Leichtbaustrukturen nach bionischen Vorbildern erlauben auch hier innovative Gestaltungsmöglichkeiten. Textile Fassaden können zudem ganz bestimmte Funktionen übernehmen. Neben der Verschattung und dem UV-Schutz ist die Luftreinhaltung, Feuchtigkeitsregulierung oder Energiegewinnung – Stichwort textile Solarzelle – möglich.

Integrierte Sensoren können auch hier bestimmte Daten erfassen und für die Steuerung der Gebäudetechnik genutzt werden. Selbstregulierende Markisen, die gleichzeitig Strom erzeugen, die Überwachung der Außentemperatur zur optimalen Einstellung der Belüftung oder Klimaanlage – zahlreiche Anwendungen sind hier denkbar.

Herausforderungen für die Zukunft

Die vielen Innovationen zeigen, wieviel Potential in der Nutzung von Textilien in den verschiedensten Bereichen steckt. Innovationen können hier etwa für mehr Nachhaltigkeit sorgen und dem Schutz unserer Umwelt dienen. Allerdings bringen verschiedene textile Anwendungen auch neue Gefahren mit sich.

So hat der extreme Anstieg des Einsatzes von Kunstfasern für eine eklatante Zunahme von Mikroplastik in unserer Umwelt gesorgt. Die winzigen Faserbestandteile, die sich durch natürlichen Abrieb beim Tragen oder beim Waschen der Kleidung lösen sind ein ernstzunehmendes Problem. Bislang gibt es nur einzelne provisorische Lösungen zur Eindämmung.

Das Ausweichen auf natürliche Rohstoffe ist dabei auch nur bedingt eine sinnvolle Alternative. Denn der Anbau der verschiedenen Faserpflanzen ist oft flächenintensiv und mit einem großen Wasserverbrauch verbunden.

Die Wiederverwertung und das Recycling von Textilien steckt bislang noch in den Kinderschuhen. Hier wird sich zeigen, ob künftig noch effizientere Möglichkeiten zur technischen Wiederaufbereitung entstehen werden.

Die zahlreichen Kompositmaterialien erlauben einerseits viele neue Anwendungen, sind andererseits jedoch ebenfalls schwerer zu recyclen. Nur in bestimmten Fällen ist es bislang möglich, die Textilien so aufzubauen, dass sie ohne großen Aufwand wieder vollständig in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt werden können. Mit dem Fokus auf geschlossene Wertstoffkreisläufe kann verschiedenen Umweltproblematiken künftig am besten vorgebeugt werden.

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