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Als Nanofasern werden im Allgemeinen Fasern mit einem Faserdurchmesser kleiner als 1000 Nanometer nm 1 µm bezeichnet Das Verhaltnis von Faserlange zu Faserdurchmesser ist grosser als 1000 1 1 2 Anfanglich zahlte man nur Fasern mit einem Durchmesser unter 100 nm zu den Nanofasern 3 4 Solche ultrafeinen Fasern mit einem Durchmesser lt 0 1 µm bzw Feinheiten von lt 0 1 dtex trugen auch die Bezeichnung Supermicrofasern 5 Teilweise existiert fur Fasern mit einem Durchmesser von 100 bis 1000 nm der Ausdruck Submikrofasern 6 Nanofasern gibt es auf der Basis naturlicher und kunstlicher geschaffener Materialien Eine Nanofaser aus naturlichem Material ist z B die anorganische Asbestfaser deren Nutzung aber in vielen Landern aus gesundheitlichen Grunden verboten wurde Nanofasern aus kunstlichen Materialien unterscheidet man aufgrund ihres chemischen Aufbaus in solche aus Metallen Keramiken Polymeren auf der Basis naturlicher und synthetischer Ausgangsstoffe Glasern und Kristallen Bezuglich der Materialeigenschaften konnen Nanofasern auch in magnetische nichtlineare photonische supraleitende thermoelektrische halbleitende u a aufgeteilt werden 7 Inhaltsverzeichnis 1 Herstellungsverfahren 2 Anwendung 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseHerstellungsverfahren BearbeitenEs existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung von Nanofasern Dazu zahlen Aufspalten von Bikomponentenfasern Schmelzblasen melt blowing Strecken Flash Spinnen Phasentrennung Sol Gel Prozess Zentrifugenspinnen Templatesynthese Selbstassemblierung Chemische Gasphasenabscheidung und Elektrospinnen 8 9 Im Folgenden werden einige der Herstellungsverfahren kurz beschrieben Spinnen von Bikomponentnefasern aus nicht mischbaren Polymeren in Form von Matrix Fibrillen Fasern aus einer Spinnduse und anschliessendem weiteren Recken der Bikomponentenfaser und Extraktion der Matrixkomponente 10 Mit diesem Verfahren konnen bis zu 4000 Nano Fibrillen pro Bikomponentenfasern hergestellt werden Die Fibrillen als Endlosnanofasern besitzen einen Durchmesser im Bereich von 300 nm 11 der aber auch bei 39 nm liegen kann 12 Als Beispiel fur in Spinnfaserlange geschnittene Bikomponentenfaserrn siehe Alcantara Mikrofaserstoff Schmelzblasen melt blowing von Thermoplasten wobei auf einer Schmelzspinnanlage nach der Extrusion der Schmelze aus einer Duse die entstandenen Polymerfasern noch einmal durch einen Heissluftstrom aufgespalten werden und als Vlies auf einem Transportband oder einer Saugtrommel abgelegt wird Die Durchmesserverteilung ist bei diesem Verfahren relativ breit angelegt wobei der durchschnittliche Durchmesser grosser 800 nm liegt 13 14 15 Strecken Verstrecken ermoglicht das Herstellen langer Endlosnanofasern Notwendig ist allerdings als Ausgangsstoff ein viskoelastisches Material das eine starke Deformation erlaubt trotzdem aber wahrend des starken Verzugs zur Nanofaser festzusammenhangend bleibt Es konnen Durchmesser grosser 50 nm erreicht werden 16 17 18 Flash Spinnen ist ein Verfahren bei dem die faserbildende Polymerlosung bei einer Temperatur uber dem Siedepunkt des Losungsmittel durch eine Duse ausgespritzt wird Es kommt zu einem explosionsartigen Verdampfen des Losungsmittels wobei ein netzartiges Gefuge ultrafeiner Fasern Nanofasern entsteht 19 Der Durchmesser der Nanofasern ist grosser 200 nm 20 siehe TyvekZentrifugenspinnen Zenrtifugalspinnen ist ein in verschiedenen Varianten vorkommendes Verfahren das aber stets eine Hochgeschwindigkeits Radialbewegung einer zentral platzierten Spinnduse einschliesst die flussiges Polymer in Form einer Schmelze oder Losung enthalt Die aus der Duse austretenden Polymerstrahlen werden durch die auftretende Zentrifugalkraft verstreckt und auf einen umgebenden Auffangbereich abgelegt 21 22 Es konnen Nanofasern mit einem minimalen Durchmesser von 80 nm hergestellt werden Die kommerziellen Zentrifugalspinnanlagen sind hochproduktiv Verarbeitbar sind eine Vielzahl von Polymeren 23 24 Elektrospinnen ist das alteste und verbreitetste Verfahren zur Herstellung von Nanofasern bei dem Hochspannung bis zu 30 kV auf eine aus einer Duse austretende Polymerlosung oder schmelze einwirkt und dadurch ein Verstrecken und Ausharten des Polymerstrahls und ein Ablegen der Endlosnanofasern als Vlies auf einem Kollektor bewirkt Es konnen Faserdurchmesser von 10 nm bis einige Mikrometer erreicht werden 25 26 27 28 siehe auch ElektrospinnenNanofasern werden meist in einem Verbundvlies verarbeitet da die Nanofaservliese aufgrund ihrer Flachenmasse von oft nur 0 3 g m eine geringe Festigkeit besitzen Fur Synthesefaservliese bedeutet dies dass sie bereits bei der Herstellung z B durch Elektrospinnen mit anderen Verfahren wie Schmelzspinnen u a kombiniert werden und so einen Verbund mit Mikrofasern eingehen Daruber hinaus konnen auch noch Stutz oder Schutzvliese additiv zu dem Mikro Nano Faserverbund hinzukommen so dass ein Verbundvlies entsteht Bei Glasfaservliesen ist das Dusenblasverfahren zur Herstellung von Luftfiltervliesen mit nanoskaligen Fasern sehr verbreitet In den letzten Jahren wird aber auch uber Entwicklungsarbeiten von Nanofasergarnen aus parallelen und verzwirnten Nanofaserfilamenten berichtet 29 30 Anwendung BearbeitenDie Anwendung von Nanofasern konzentriert sich momentan auf die Luftfilterbranche Hier wird zwischen zwei Materialien unterschieden die standardmassig in Luftfiltervliesen Verwendung finden Glas und Synthesefasern Die Hersteller von Glasfasern fur Luftfilter haben bereits langjahrige Erfahrung mit integrierten Nanofasern Dagegen ist die Verarbeitung von integrierten Nanofasern in Synthesefaservliesen etwas junger Der Nutzen der Integration dieser ultradunnen Fasern in ein Luftfiltervlies wird durch den Slip Flow Effekt deutlich Sie scheiden effektiv feine und ultrafeine Partikel ab und haben gleichzeitig so geringe Reibungskoeffizienten dass sie energetisch in Hinblick auf die Druckdifferenz sehr interessant sind Weitere Anwendungsgebiete sind 31 32 33 Verstarkungsfasern in Verbundwerkstoffen Schutzbekleidung Medizinanwendung z B Gewebeersatz gesteuerter Arzeneimitteltransport Elektrische und optische Anwendungen Nanosensoren Literatur BearbeitenJames Stephenson N202 Things You Can Buy and Sell for Big Profits Entrepreneur Press 2004 ISBN 1 932531 22 X Robert H Avery NAFA guide to air filtration Natl Air Filtration Assn 1993 ISBN 1 884152 00 7 H P Hortig L Gail Reinraumtechnik Springer Verlag Berlin 2004 ISBN 3 540 20542 X Derek B Purchas Ken Sutherland Handbook of Filter Media Elsevier Science amp Technology 2002 ISBN 1 85617 375 5 Weblinks BearbeitenTimothy Grafe Kristine Graham Polymeric Nanofibers and Nanofiber Webs A New Class of Nonwovens INTC 2002 International Nonwovens Technical Conference Joint INDA TAPPI Conference Atlanta Georgia 24 26 September 2002 Kristine Graham Ming Ouyang Tom Raether Tim Grafe Bruce McDonald Paul Knauf Polymeric Nanofibers in Air Filtration Applications Fifteenth Annual Technical Conference amp Expo of the American Filtration amp Separations Society Galveston Texas 9 12 April 2002 Frequently Asked Questions Production of Sub micron Fibers in Non Woven Fabrics Fortschritte Nanofaser Erzeugung ITV Denkendorf Vortrag Hofer Vliesstofftage 2005 NTC USA Forschungsbericht Memento vom 11 August 2013 im Internet Archive Buch Nanofibers and nanotechnology in textiles Edana Filtrex Konferenz 2006 Report uber Nanovliz CCSE Nanotechnology in textiles finishmentEinzelnachweise Bearbeiten Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 267 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 6 Tatsuya Hongu Glyn O Phillips Machiko Takigami New millennium fibers Woodhead Publishing Cambridge 2005 ISBN 1 85573 601 2 S 16 A Richard Horrocks Subhash C Annand Hrsg Handbook of Technical Textiles Volume 1 Technical Textile Processes 2 Auflage Woodhead Publishing Cambridge 2016 ISBN 978 1 78242 458 1 S 22 Wolfgang Bobeth Hrsg Textile Faserstoffe Beschaffenheit und Eigenschaften Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1993 ISBN 3 540 55697 4 S 12 Tatsuya Hongu Glyn O Phillips Machiko Takigami New millennium fibers Woodhead Publishing Cambridge 2005 ISBN 1 85573 601 2 S 273 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press Cambridge 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 5 sowie Anhang IV Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 268 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 44 48 Matthias Florian Burgard Mesoskopisch struktrierte Kompositfasern fur die Separation und Immobiliesierung von Partikeln Dissertationsschrift Universitat Bayreuth 2018 S 6 George Kellie Advances in Technical Nonwovens Elsevier Science Amsterdam 2016 ISBN 978 0 08 100584 2 S 119 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 44 Franz Fourne Synthetische Fasern Herstellung Maschinen und Apparate Eigenschaften Handbuch fur Anlagenplanung Maschinenkonstruktion und Betrieb Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1995 ISBN 3 446 16058 2 S 552 Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 268 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press Cambridge 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 46 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press Cambridge 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 46 Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 268 Franz Fourne Synthetische Fasern Herstellung Maschinen und Apparate Eigenschaften Handbuch fur Anlagenplanung Maschinenkonstruktion und Betrieb Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1995 ISBN 3 446 16058 2 S 552 Franz Fourne Synthetische Fasern Herstellung Maschinen und Apparate Eigenschaften Handbuch fur Anlagenplanung Maschinenkonstruktion und Betrieb Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1995 ISBN 3 446 16058 2 S 554 Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 268 A Richard Horrocks Subhash C Annand Hrsg Handbook of Technical Textiles Volume 1 Technical Textile Processes 2 Auflage Woodhead Publishing Cambridge 2016 ISBN 978 1 78242 458 1 S 175 Matthias Florian Burgard Mesoskopisch struktrierte Kompositfasern fur die Separation und Immobiliesierung von Partikeln Dissertationsschrift Universitat Bayreuth 2018 S 7 Nanofaser Spinnanlagen pressebox de Nanofaser Spinnanlage dienes net A Richard Horrocks Subhash C Annand Hrsg Handbook of Technical Textiles Volume 1 Technical Textile Processes 2 Auflage Woodhead Publishing Cambridge 2016 ISBN 978 1 78242 458 1 S 22 23 Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 268 George Kellie Advances in Technical Nonwovens Elsevier Science Amsterdam 2016 ISBN 978 0 08 100584 2 S 123 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press Cambridge 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 48 Gajanan Bhat Hrsg Structure and Properties of High Performance Fibers Elsevier 2017 ISBN 978 0 08 100550 7 S 281f Baoming Zhou Xiaodong Jiang Rui Wang Xiaoting Yuan Yong Liu Developments in Electrospinning of Nanofiber Yarns Journal of Physics Conference Serise 1790 2021 1 A Richard Horrocks Subhash C Annand Hrsg Handbook of Technical Textiles Volume 1 Technical Textile Processes 2 Auflage Woodhead Publishing Cambridge 2016 ISBN 978 1 78242 458 1 S 26 Tatsuya Hongu Glyn O Phillips Machiko Takigami New millennium fibers Woodhead Publishing Cambridge 2005 ISBN 1 85573 601 2 S 282 Frank K Ko Yuqin Wan Introduction to Nanofiber Materials Cambridge University Press Cambridge 2014 ISBN 978 0 521 87983 5 S 57ff Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Nanofaser amp oldid 231981950