Eigenklimatisierung in Bekleidung mit neuartigen PCM - Garnen. Dr. Gottfried Betz Strickmanufaktur Zella GmbH

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Albert Volker Messner
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1 Eigenklimatisierung in Bekleidung mit neuartigen PCM - Garnen Dr. Gottfried Betz Strickmanufaktur Zella GmbH

000 Stck / a Kunden Premium Segment DOB Eigene Marken

2 Unternehmen Familienbetrieb seit 1920 Mitarbeiter: 22 Produktionskapazität ca Stck / a Kunden Premium Segment DOB Eigene Marken Leonard Mai MIA MAI Eigene Läden Werksverkauf Dingelstädt Berlin Online Shop ZellaShop

3 EIGENE MARKEN

4 STRATEGIE QUALITÄT DESIGN MARKETING INNOVATION

5 Kundennutzen Überschusswärme aus (sportlicher) Aktivität für 1..2 h speichern, um anschließende Unterkühlung zu vermeiden. Anwendungsbereich einer Kleidung soll erweitert werden Drinnen Draußen Match - Wettkampfpause Wetter, Tageszeiten Skifahren - Warten am Lift Wandern Rast Golfspielen Golden Standard keine Optimierung der Kosten

6 Thermoregulation Mittlere Hauttemperatur = Komfortsignal

7 Leistungsbilanz M Pex metabolische Leistung mechanische Leistung gesamte Wärmeabgabe Wärmeabgabe d. Atmung Wärmeabgabe d. Kleidung trockene Wärmeabgabe Wärmeabgabe d. Evaporation

8 Wärmeisolation 0 R c T h T u a Trockener Wärmefluss (Watt) Wärmedurchgangswiderstand Hauttemperatur Umgebungstemperatur Fläche T h - T u Temperaturgradient grad T Nicht der schwere Wintermantel, sondern die leichte, flauschige Ware mit viel eingeschlossener

9 Atmungsaktivität / Kühlung P h P u R e evaporativer Wärmefluss Wasserdampfdruck an der Haut Wasserdampfdruck in der Umgebung Wasserdampfdurchgangswiderstand Feuchtedurchgangsindex i = 0,6* R c /R e Je höher der Feuchtedurchgangsindex ist, desto besser ist die Kleidung

10 Phase Change - Materials ca. 500 PCM s bekannt: Wasser, Paraffin, organische Salze Sensible = spezifische Wärme c Latente Wärme Q lat Q abs = Q emiss Reversibler Vorgang Wasser Paraffin Wolle c (J/g*K) 4,2 2,1 1,7 Q schm (J/g) 3,3 2,4 Q verd (J/g) 3200

11 Thermoregulation PCM Komplexer dynamischer Mechanismus: Vorteilhaft: T schm = T komfort Hauttemperatur Th steigt Wärme wird absorbiert Paraffin schmilzt Wärme wird gespeichert Haut-Temperatur Th sinkt Vorteile: - ca. 30% Schweißreduktion (Quelle: OUTLAST) - gleichmäßigere Verteilung d. Wärme Paraffin erstarrt Wärme wird abgegeben

12 STAND DER TECHNIK Marktführer OUTLAST Mikroverkapselung von Paraffin: 2 Mio / cm 3 NASA Patent aus den 70er Jahren Problematik: Mikroverkapselung ist nicht stabil, wäscht sich aus, darf nicht direkt auf der Haut getragen werden

13 Applikationen Bettwäsche Thermoregulierende Bekleidung Pferdeabhitzdecken Feuerwehrbekleidung Rettungsjacken für Hubschrauberpiloten Flaschenetiketten Hundedecken Kissen für Rollstuhlfahrer

14 INNOVATION: Clima - Faser Lyocell - Prozess Nano Composite Matrix + Paraffin 51,1 % Zellulose 35,8% Paraffin 13,1% Anorganische Teilchen

15 Natürliches Funktionsgarn WOLLE atmungsaktiv, d.h. hoher Feuchtedurchgangsindex i isoliert auch im feuchten Zustand hohe Feuchtigkeitsaufnahme keimtötend hohe Bauschkraft

16 SMOOL - SMART WOOL Kooperation TITK + SMART FIBER AG + ZWICKAUER KAMMGARN SPINNEREI 60% Merino Wolle 30% Lyocell Zellulose mit / ohne Paraffin 10% Polyamid

17 Materialprüfung + Optimierung: WOTKA + DSC ASTM Routine D7024 Quantitative Erfassung des Thermoregulationsvermögens Trennung von Isolation und Speicherung.

18 Thermoregulationsfaktor Wärmeisolation R - Wert Thermoregulation TRF - Wert = =

19 WOTKA TCP / IP Klimaschrank Temperatur konstant T 4-5 C < T 4 <100 C Temperaturlogger + Heiz - Steuerung Strickprobe T 3 Temperatur konstant T 1 Elektr. Heizung. q = 266 W/m 2 T 2 R 1 R 5 R 6

20 Beispiel Channel 1 = 33,6 Channel 2 = 31,9 Channel 3 = 30,7 Channel 4 = 28, Referenz ohne PCM SMOOL 35 C :40:00 21:50:00 22:00:00 22:10:00 22:20:00 22:30:00 22:40:00 22:50:00 Zeit (Review ) 23:00:00 23:10:00 23:20:00 23:30:00 23:40:00 23:50:00

21 Beispiel: #87 SMOOL_35 C RL Channel 1 = 38,0 Channel 2 = 36,7 Channel 3 = 41,9 Channel 4 = 27, :30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 Zeit (Review ) 13:30:00 14:00:00 14:30:00

22 Beispiel: #87 SMOOL_35 C RL Channel 1 = 41,2 Channel 2 = 37,8 Channel 3 = 41,3 Channel 4 = 27, :30:00 17:00:00 17:30:00 Zeit (Review) 18:00:00 18:30:00

23 DSC TCP / IP Klimaschrank Temperatur wird gescannt T 4-5 C < T umgebung <100 C Temperaturlogger + Heiz - Steuerung Strickprobe T 3 Differential Scanning Calometry Referenzprobe T 2

24 Referenzmessung

25 Apparatur Zella Channel 2 = 46,2 Channel 3 = 46,3 Channel 4 = 44,3 Channel 2 = 17,1 Channel 3 = 17,3 Channel 4 = 16, :00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 Zeit (Review) 20:00:00 21:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 Zeit (Review ) 20:00:00 20:30:00

26 DSC Analyse Apparatur Zella 3 PCM 28 C Single Jersey 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0, Temperatur PCM / C 1,2 1 0,8 DT PCM 21 C Single Jersey 0,6 0,4 0,2 DT 0-0,2-0, Temperatur PCM C

27 Ergebnisse Probennummer Phasentemp C Bindung Teilung Faden Flächen - gewicht g/m2 R ( K * m2/w) TRF DSC - Peak / a.u. #3 - Rechts / Links 12 E ein 235 0,075 1,21 0 #87 35 Rechts/Links 12 E ein 243 0,040 1,63 2,0 #21 28 Rechts /links 12 E ein 220 1,65 #92 21 Rechts /Links 12 E ein 294 0,043 1,35 0,7 #27 21 RL fest 8 E ein 498 0,053 1,25 0 #93 28 Rechts / Links 14 E ein ,36 0,8 #18 28 RL lose 12 E ein 208 0,045 1,84 1 #21 28 RL mittel 12 E ein 220 1,65 #37 28 RL fest 12 E ein 1,8

28 Ergebnisse Probennummer Phasentemp C Bindung Teilung Faden Flächen - gewicht g/m2 R ( K * m2/w) TRF DSC - Peak / a.u. #93 21 Pikee 12 E ein 218 0,064 1,19 0,5 # x2 Rippe 12 E ein 478 0,057 1,24 0,5 #17 28 Rippe_Zopf 12 E ein 248 0,059 1,28 0,6 #33 28_21 RL plattiert 12 E ein 356 0,057 1,21 0,5 #33 28_21 gedreht 12 E ein 356 0,052 1,24 0,5 #49 28 Polypropylen plattiert 12 E ein 312 0,064 1,19 0,6 #49 28 gedämpft 12 E ein 312 0,048 1,28 0,6 #47 28_21 Double - Face 12 E #74 28_21 Double_Face 8E 2xSMOOL 1 x PA 2xSMOOL 1 x PA 463 0,065 1,63 2, ,039 1,40 0,5

29 Zusammenfassung Je höher die Schmelztemperatur, desto besser die PCM Eigenschaften Je fester das Gestrick, desto besser die PCM Eigenschaften Voluminöse Gestricke wie Ripp-Gestricke haben schlechtere PCM Eigenschaften als glatte Gestricke Je besser die Wärmeisolationswerte, desto schlechter die PCM Eigenschaften Grund: Es entsteht ein zu großes T beim Wärmetransport Plattierte Gestricke haben die schlechtesten PCM Eigenschaften Double Face Gestricke haben zugleich gute PCM Eigenschaften und Wärmeisolationswerte

30 Kollektionsentwicklung

31 Kollektionsentwicklung SMART-Text Forum

32 Im Fokus: JACKE Scarlett Scarlett Werner Beraterin und Testimonial

33 Schießjacke für Herren

34 Thermographie Nachteil: Nur Oberflächentemperaturen!

35 Thermographie Unmittelbar n. Training Nach 15 min bei -2 C Sportpullover Polyester Flächengewicht 210 g/m2 Sportpullover SMOOL 28 C Flächengewicht 240 g/m2

36 Thermografie Unmittelbar n. Training Nach 15 min bei -2 C Schießjacke SMOOL Flächengewicht 210 g/m2

Ergebnis: Trageversuche Pilling-Neigung und Dickstellen bei 28 C und 35 C-Garn Maßnahme: Garn muss etwas härter gedreht werden Vorteil: Garn saugt besser Das feinere 21 C Garn hatte die

37 Ergebnis: Trageversuche Pilling-Neigung und Dickstellen bei 28 C und 35 C-Garn Maßnahme: Garn muss etwas härter gedreht werden Vorteil: Garn saugt besser Das feinere 21 C Garn hatte die beste Qualität Plattieren von PA reduzierte das leichte Pilling zusätzlich und ergab zufriedenstellende Ware Maßnahme: PA Anteil etwas erhöhen Nachteil: Wärmespeicherdichte wird kleiner

38 Waschversuche: PCM - Eigenschaften Wollwaschprogramm 30 C, Wollmaschmittel, kein Trockner 6 PCM Eigenschaften Pulli SMOOL 35 C *R TRF Zahl der Waschungen Kein Ausbluten der Farben

39 Waschversuche: Maßhaltigkeit Rundhals - Pullover ; langer Ärmel in cm SOLL neu 1.Wäsche 5. Wäsche 10. Wäsche 20. Wäsche 80. Wäsche Ganze Länge Oberweite Ärmellänge Halslochweite Armlochtiefe Ergebnis: Geringfügige Längenänderung nach der 1. Wäsche, dann kein Ausleiern oder Schrumpfen

40 Tragekomfort Prüfung Hohenstein Wärmedurchgangswiderstand R = 0,0497 Wasserdampfdurchgangswiderstand Re = 7,38 Feuchtedurchgangsindex i = 0,40 Thermophysiologis cher Komfort Hautsensorischer Komfort Jacke Scarlett 1,0 1,3 1,1 Tragekomfort insgesamt

41 Zusammenfassung Aus PCM Fasern nach dem Lyocell Verfahren lassen sich beständige Strick - Textilien mit wärmespeichernden und thermoregulierenden Eigenschaften herstellen Mit Double-Face Gestricken - Isolation und Thermoregulation umgehen Double-Face Gestricke mit Synthetik Garnen ergeben optimale Schweißtransporteigenschaften

42 Dank an BMBF Förderung AIF KU HG0 TITK Rudolstadt ITP Weimar Scarlett Werner, Elli Moor Aspria Berlin Mitarbeiter d. Strickmanufaktur Zella GmbH VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT

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