Bild: Getrocknete leitfähige, elastische Schicht auf der Textiloberfläche. Foto: DITF
Sport, Mode und Automobilindustrie – Textilien mit integrierter Elektronik finden in vielen alltäglichen Bereichen Anwendung. Bei der Überwachung menschlicher Vital- und Leistungsdaten leistet textilintegrierte Elektronik ebenso ihren Beitrag, wie sie der Modebranche die Möglichkeit schafft, interaktive Elemente in Kleidung zu integrieren. Vielfältig kommt sie in der Automobilindustrie zum Einsatz, wo sie den Komfort und die Sicherheit der Insassen erhöht.
Als leitfähige Komponenten in Textilien sind bisher Umwindegarne und zugentlastete, in Schlaufen angeordnete leitfähige Garne weit verbreitet. Sie sorgen auch bei stark mechanisch beanspruchten Textilien für einen zuverlässigen Stromfluss. Ihre Herstellung ist aufwändig. Deshalb sind sie teuer und für den Massenmarkt nur bedingt geeignet. Wesentlich kostengünstiger ist der Druck von leitfähigen Strukturen auf textilen Oberflächen mittels Siebdruck oder Chromojetverfahren, einer digitalen Spritzdrucktechnik.
Bei der Herstellung bedruckter leitfähiger Textilien gibt es jedoch einige Herausforderungen. Eine der größten Schwierigkeiten besteht darin, die Leitfähigkeit der Druckmaterialien zu gewährleisten, während gleichzeitig die Flexibilität und Weichheit des Textils erhalten bleibt. Zudem kann sich die Haltbarkeit der Drucke verschlechtern, insbesondere bei häufigem Waschen oder mechanischer Beanspruchung. Durch Dehnung oder Bewegung können die Drucke brechen oder reißen. Die elektrische Leitfähigkeit wird oft auch schon bei geringeren mechanischen Belastungen beeinträchtigt – nämlich dann, wenn die Dehnung der leitfähigen Schicht nicht reversibel ist. Die Haftung zwischen dem Druckauftrag und dem Textil kann bei wiederholtem Dehnen nachlassen. Das führt zu einer schlechten Langzeitstabilität. Auch die Integration elektronischer Elemente in Textilien wird oft dadurch beeinträchtigt, dass die Verbindung zwischen den leitfähigen Elementen und den elektronischen Komponenten störanfällig ist.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, arbeiten die DITF an neuen Lösungsansätzen und befassen sich mit neuen Tinten- und Pastenformulierungen auf Basis von leitfähigen Partikeln und elastischen Bindemitteln. Sie sollen das Dehnverhalten der Drucke unter Beibehaltung einer guten elektrischen Leitfähigkeit verbessern. Die plastischen Eigenschaften des Bindemittels werden maßgeblich von den verwendeten Hilfsmitteln und Additiven bestimmt. Die DITF ermitteln die Wechselwirkungen zwischen diesen Komponenten und leiten daraus Erkenntnisse für die Formulierung neuer elastischer und hochleitfähiger Tinten ab.
Die Hystereseeigenschaften neuer Tintenformulierungen sind dabei von zentraler Bedeutung. Hysterese bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, seine Eigenschaften unter wiederholter Dehnung oder Belastung zu bewahren. Eine gut angepasste Hysterese unterstützt die Leitfähigkeit gedruckter Strukturen auch bei dauerhaften mechanischen Belastungen. Entsprechende Materialien können sich an die Bewegungen des Textils anpassen, ohne dass die leitfähigen Eigenschaften beeinträchtigt werden.
Das Ziel des Forschungsteams an den DITF ist es, den Wissensstand um die Wechselwirkungen zwischen leitfähigen Partikeln und Bindemitteln, zwischen Additiven und Textilhilfsmitteln so weit auszubauen, dass zielgerichtet hochleitfähige Tinten und Pasten erzeugt werden können. Damit lassen sich für unterschiedliche textile Substrate und für verschiedenartige Einsatzzwecke bestmögliche und widerstandsfähige Druckbeschichtungen herstellen, die eine zuverlässige Leitfähigkeit möglich machen.
Unter diesen Voraussetzungen lassen sich die Kosten für die Massenfertigung textiler Elektronik senken.
Kontakt:
Dr. rer. nat. Reinhold Schneider
Kompetenzzentrum Textilchemie, Umwelt & Energie, Farb- und Funktionsdruck