Die spinnen, die Textiler!

Von Tünde Kirstein

Die Zeiten, in denen Textiler nur Garn gesponnen haben, sind vorbei. Ideen spinnen heisst die neue Devise: je verrückter desto besser. Und dabei machen die Textiler auch vor fremden Disziplinen nicht halt.

Textiler von heute beschäftigen sich mit der Stabilität von Stadiondächern, mit der Impedanz von elektrischen Leitungen und mit Rhythmusstörungen des Herzmuskels. Der am stärksten wachsende Markt im Textilsektor gehört den technischen Textilien, bei denen nicht die Mode sondern die technische Funktionalität im Vordergrund steht. Mit High-Tech-Textilien lassen sich Märkte erschliessen, die auf den ersten Blick gar nicht textil sind, wie Architektur, Bauwesen, Geologie, Agrarwesen, Verkehrswesen, Medizin und Informationstechnologie. Das eröffnet der einheimischen Textilindustrie die Chance, Spitzen-Produkte zu entwickeln und sich gegen die Konkurrenz aus Asien zu behaupten. Solche Chancen sind bitter nötig, denn die hiesige Textilbranche ist nicht erst seit der Finanzkrise mit einer Pleitewelle und Produktionsverlagerungen in Niedriglohnländer konfrontiert. Damit ein neues Produkt nicht innerhalb von zwei Wochen von den Chinesen nachgebaut und zu einem niedrigeren Preis verkauft wird, muss es innovativ und ausgefeilt sein. Das klingt einfach, aber wie sieht es in der Realität aus? Finden sich textile Pioniere in der Schweiz? Gibt es ein Rezept für erfolgreiche textile Innovationen?

Das Erfolgsgeheimnis von High-Tech-Textilien

Wer an Textil denkt, denkt in erster Linie an Kleidung und dann vielleicht noch an Einrichtungsstoffe oder Autositze. Dabei begegnen uns Textilien fast überall in unserem Leben, ohne dass wir es realisieren. Textil ist ein unaufdringlicher Werkstoff, der häufig versteckt ist. Über Textilien ärgern wir uns selten, wir empfinden sie nicht als störend, wie zum Beispiel die Tonnen von massivem Beton oder Plastik in der modernen Welt. Im Gegenteil, mit Textilien verbinden wir eher positive Gefühle, nicht zuletzt weil die Textilien, die wir sehen, optisch, akustisch und haptisch angenehm sind. Das Erfolgsgeheimnis der Textilien sind die aussergewöhnlichen Materialeigenschaften. Charakteristisch ist zum einen die Grossflächigkeit. Kilometer ist eine durchaus gerne verwendete Masseinheit in der Textilbranche. Gleichzeitig sind Textilien extrem formbar und flexibel. Die Textiler sprechen von drapierbar und beschreiben damit die spezielle Eigenschaft, sich an beliebige dreidimensionale Formen anpassen zu können. Weitere Stärken sind die Porosität, die je nach Wunsch im nano-, mikro- oder makro-Massstab liegen kann, sowie die damit verbundene Leichtigkeit. Trotz der leichten luftigen Struktur können Textilien aber eine hohe mechanische, thermische und chemische Stabilität aufweisen.
Diese spezielle Kombination von Eigenschaften im Textil ist einzigartig und ermöglicht es, dreidimensionale Flächen zu funktionalisieren. Textiltypische Funktionen sind zum Beispiel Stützung, Trennung, Isolation, Ummantelung, Polsterung, Abschirmung und Filterung. Dreidimensionale Flächen sind einerseits natürlich der menschliche Körper, aber andererseits auch Fahrzeuge, Möbel, Alltagsgegenstände, Bauwerke und Landschaften. Ob nun Leichtbau-Fahrradgestelle, Gletscherabdeckungen oder Airbags für die Marsraumsonde gebraucht werden: Textilien sind zur Stelle. Diese Beispiele zeigen auf, wie vielfältig die Anwendungsbereiche von Textilien sind. Dank neuer Entwicklungen konnte in den letzten Jahrzehnten die Leistungsfähigkeit von Textilien extrem gesteigert werden, so dass in manchen Bereichen wie dem faserverstärkten Leichtbau eine regelrechte textile Revolution eingesetzt hat. Die Hochleistungstextilien der Zukunft werden immer leichter, stärker und sogar intelligenter.

Grenzen durchbrechen

Ohne innovative Textilien wären weder die Rennjacht Alinghi noch das Solarflugzeug von Bertrand Piccard denkbar. Als erstes denkt man bei Textilien und Alinghi wahrscheinlich an die Segel. Und in der Tat sind die Segel ein Meisterwerk, produziert von der Schweizer Textilfirma Meyer-Mayor. Der Stoff ist dreimal leichter als Briefpapier und dabei gleichzeitig reissfest und dauerhaft. Aber die Segel sind nicht der einzige textile Erfolgsfaktor. Das Geheimnis ist die Leichtigkeit der Bauteile, die durch neue textile Verbundwerkstoffe erzielt wird.
Das Solarflugzeug von Bertrand Piccard hat trotz der gigantischen Spannweite, die der eines Airbus entspricht, ein Gewicht von nur 1600 Kilogramm. Möglich wird das durch neuartige Werkstoffe mit eingebetteten Kohlenstofffasern, die eine hohe Steifigkeit und Festigkeit gepaart mit sehr geringem Gewicht aufweisen. Verglichen mit Stahl sind die Kohlenstofffasern ähnlich steif aber rund fünf Mal leichter. Ihr Durchmesser beträgt nur 5 bis 8 Mikrometer, was einem Zehntel eines Menschenhaares entspricht.
Im Unterschied zu bisherigen Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel Stahlbeton, wird mit der Verwendung von dünnen Fasern der Effekt der spezifischen Festigkeit genutzt. Ein Werkstoff in Faserform hat in Faserrichtung eine vielfach größere Festigkeit als dasselbe Material in anderer Form. Je dünner die Faser ist, desto größer ist ihre Festigkeit. Und das gilt nicht nur für das Material Kohlenstoff sondern für beliebige Faserstoffe. So werden für faserverstärkte Werkstoffe ausser Kohlenstofffasern auch Fasern aus Glas, Aramid, Metall, Flachs und Nylon verwendet.
Die grosse Herausforderung besteht darin, aus den zum Teil spröden Fasern dreidimensionale Formen zu erzeugen. Entscheidend ist dabei die Ausrichtung der Fasern im späteren Bauteil, da die Festigkeit nur in Faserlängsrichtung optimal ist. Die Textilfirmen haben immer ausgefeiltere Methoden entwickelt, um aus den Fasern komplexe mehrlagige Strukturen massgeschneidert für das Endprodukt zu weben, zu wirken, zu sticken und zu legen. Die textilen Gebilde werden dann in eine sogenannte Matrix eingebettet, die in der Regel aus Kunststoff besteht und die Fasern fixiert. Mittlerweile können aber auch Keramiken, Metalle und Beton mit Fasern verstärkt werden, so dass dem Leichtbau keine Grenzen gesetzt sind.
Die Rennjacht Alinghi und das Solarflugzeug sind natürlich Extrembeispiele, die in mühevoller und kostenintensiver Handarbeit gebaut worden sind. Aber die neuen textilen Technologien sind bereits soweit fortgeschritten, dass sie in immer mehr Bereichen unseres Alltages Einzug halten. Dass es Kohlenstofffasern nicht nur in Fahrzeugbauteilen und Sportgeräten gibt sondern sogar auch in Radfahrerhosen, ist der Schweizer Textilfirma Eschler zu verdanken. Sie entwickelte das Funktionstextil namens „Flash“, das sich nicht nur den Schweiss „managen“ kann und die Muskeln durch ein sogenanntes „Body-Zoning“ leistungsfördernd komprimiert, sondern durch einen Anteil von Kohlenstofffasern auch für Geruchsminderung, Antistatik und Thermoregulation sorgt.

Putztuch für den Ozean

Geruchsminderung in Sportbekleidung war auch das erste Ziel der ETH Spin-off Firma HeiQ, die 2005 gegründet wurde. Als Mittel gegen die Bakterien, die die Gerüche verursachen, ist seit Jahrhunderten Silber bekannt. Bisher in Textilien eingesetzte Silberionen werden allerdings durch mehrmalige Wäsche ausgewaschen und verlieren schnell ihre Wirkung. Das neue Produkt von HeiQ besteht aus einer Trägersubstanz mit eingebetteten Silber-Nanopartikeln, die weniger schnell verbraucht und ausgewaschen werden. Nach dem Erfolg auf dem Gebiet der Geruchshemmung betritt die junge Firma nun Neuland und entwickelt zusammen mit dem deutschen Textilhersteller TWE eine Chemikalie für Textilien, die im Kampf gegen die Ölpest im Golf von Mexiko helfen soll. Die Substanz wird wie eine Imprägnierung auf textile Vliesstoffe aufgebracht und sorgt dafür, dass der Stoff Öl aufsaugt aber Wasser abstösst. Dieser Effekt funktioniert sowohl, wenn das Textil im Wasser schwimmt, als auch, wenn es am Strand ausgelegt wird. Die US Behörden sind an der Technologie so interessiert, dass sie nach ihrem Besuch in Zurzach bei HeiQ nun erste Versuche mit den Vliesstoffen vor Ort planen und mit dieser Technologie verschmutzte Strände reinigen wollen.
Diese Beispiele von geruchshemmenden oder ölbindenden Textilien zeigen, dass nach dem Siegeszug im Leichtbau textile Produkte nun auch mit chemischen Funktionen auftrumpfen. Aber die Textilexperten spinnen noch weiter und haben sich schon die nächste Disziplin vorgenommen, nämlich die Elektronik. Wenn ein Textil mechanische und chemische Wunderwerke vollbringen kann, warum dann nicht auch elektronische?

Wie intelligent kann ein Textil sein?

Die Durchdringung unseres Lebens mit Informationstechnologie ist in den letzten Jahren weit fortgeschritten. Dazu gehören tragbare elektronische Geräte, die uns vernetzen, navigieren und unterhalten, aber auch intelligente Gebäude, die automatisch für ein angenehmes Klima und für die Sicherheit des Menschen sorgen. Generell ist der Trend erkennbar, Sensoren, also kleine Messfühler, in die Gegenstände unseres Alltages einzubauen und sie so mit Intelligenz auszustatten. Diese Vision wird als Umgebungsintelligenz („ambient intelligence“) bezeichnet. Forscher entwickeln zum Beispiel Kühlschränke, die automatisch erkennen, welche Nahrungsmittel fehlen und diese dann online bestellen.
Mit immer fortschreitender Miniaturisierung der Elektronik ist es nun auch denkbar geworden, sie in dünne, flexible Materialien wie Textilien einzubauen. Erste textile Produkte mit eingebauter Elektronik waren Jacken mit MP3 Playern, die sich allerdings aufgrund des hohen Preises und dem im Vergleich dazu geringen Kundennutzen nur schlecht verkauften. Weitaus erfolgreicher sind Heiztextilien, die sowohl in Bekleidung als auch in Sitzen oder Decken eingesetzt werden. Die Schweizer Textilfirma Sefar hat mit der ETH Zürich Methoden entwickelt, wie hauchdünne Metallfäden in Textilien eingewoben und jeweils einzeln kontaktiert werden können. Die Metallfäden können nicht nur heizen sondern auch die Temperatur messen oder in Kombination mit LEDs Leuchteffekte erzielen. Ursprünglich ist Sefar auf die Herstellung von textilen Filtern spezialisiert, bei denen eine präzise Gewebeherstellung eine grosse Rolle spielt. Diese Präzision ist für elektronische Funktionen ebenfalls von grosser Bedeutung, deswegen war Sefar prädestiniert hier eine Vorreiterrolle zu übernehmen.
Auch an der Schweizerischen Textilfachschule wird im Bereich elektronische Textilien geforscht. In einem Projekt mit der Sensorfirma IST werden beispielsweise Verfahren entwickelt, wie die Herstellung von Sensortextilien automatisiert und somit kostengünstiger werden kann. Grosses Potenzial haben diese kostengünstigen Sensortextilien für technische Anwendungen, angefangen von Geotextilien, die zum Beispiel die Feuchtigkeit im Boden messen, über textile Förderbänder in Maschinen, die ihren Zustand überwachen, bis hin zu Sonnenschutztextilien, die sich automatisch an die Lichtverhältnisse anpassen. Bis solche Produkte Realität werden, müssen noch viele Hürden überwunden werden. Ausser den technologischen Herausforderungen sind auch Schwierigkeiten bei der Vermarktung zu bewältigen, denn der neue Nutzen muss kommuniziert und auf Bedenken der Kunden eingegangen werden. Insbesondere bei körpernahen Anwendungen stellt sich, ähnlich wie bei Mobiltelefonen, die Frage nach der Strahlenbelastung. Bisher sind zwar keine schädlichen Wirkungen gefunden worden, aber es fehlen gesetzlich festgelegte Grenzwerte, an die sich die Hersteller halten müssen.

Wer hat’s erfunden?

Der Textiler der Zukunft ist offensichtlich ein Experte ohne Berührungsängste vor fremden Disziplinen und mit ausgeprägtem Forschergeist. Anscheinend gibt es diese Spezies in der Schweiz, denn sonst würden nicht so viele Schweizer Textilfirmen eine Pionierrolle im High-Tech-Sektor übernehmen. Dass der Nachschub an gut ausgebildeten Textilern gewährleistet ist, dafür sorgt die Schweizerische Textilfachschule. Sie wird als Genossenschaft von mehr als 80 Schweizer Firmen geführt, die Einfluss nehmen auf die Ausbildungsinhalte. Durch diese enge Verbindung mit der Wirtschaft kann die Textilfachschule früh erkennen, welche Kompetenzen die Absolventen aufweisen müssen. Und dazu gehört immer mehr die Fähigkeit, interdisziplinär und projektartig zu arbeiten. Darum hat die Textilfachschule vor einigen Jahren eine eigene Forschungsabteilung aufgebaut und mit modernsten Maschinen ausgestattet. Durch die Mitarbeit an Forschungsprojekten, wird aktuelles Know-how erworben und an die Studenten weitergegeben. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Anpassung der Lehrgänge an Hochschulniveau. Bachelor Abschlüsse sind seit letztem Jahr möglich, ein internationaler Master Studiengang ist in Planung. Neben den praktischen Fähigkeiten können so auch vermehrt wissenschaftliche Denkweisen vermittelt werden, die es ermöglichen, später in der Praxis wegweisende innovative Technologien zu entwickeln.
Mit welcher Begeisterung Studenten an interdisziplinären forschungsorientierten Projekten arbeiten, zeigt das Projekt „Ready-to-live“. In diesem Projekt sollen Kleider lebendig werden. Diese Idee klingt verrückt, hat aber durchaus einen ernsten Hintergrund. Zum Einsatz kommen Sensoren, mit denen Bewegungen gemessen und erkannt werden können. Diese Technologie ist besonders interessant für medizinische Anwendungen, wo es zum Beispiel darum geht, Fehlhaltungen oder bestimmte Bewegungsmuster zu erkennen. Aber in dem „Ready-to-live“ –Projekt steht die experimentelle und spielerische Annäherung an die Möglichkeiten dieser Technik im Vordergrund. Fashion Design Studenten der Textilfachschule arbeiten dabei zusammen mit ETH Studenten aus dem Bereich Wearable Computing.
Die Studenten haben sich zum Ziel gesetzt, mit den interaktiven Kleidern Stimmungen zu visualisieren. Entstanden sind ganz aussergewöhnliche Kreationen mit spektakulären Effekten. Eine romantische Stimmung wird beispielsweise erzeugt durch projizierte Schmetterlinge und je nach Bewegung aufleuchtenden Blumen auf dem Kleid. Bei den Modellen mit dramatischer Stimmung werden dagegen durch bestimmte Bewegungen Blitzlicht und Donnergrollen ausgelöst. Es ist erstaunlich, wie viel Freizeit die Studenten für dieses Projekt geopfert haben. Besonders motiviert hat sie, dass ihre Kollektion auf einer Modenschau und im Internet präsentiert wird. Ihr Feedback an die Projektleiter war durchweg positiv. Immer wieder war zu hören, wie viel sie über Kommunikation und Zeitmanagement gelernt haben. Und nebenbei haben sich die hauptsächlich männlichen ETH-Studenten gefreut, mal wieder mit dem anderen Geschlecht zusammen zu arbeiten. Solche Projekte erweitern den Horizont in vielfacher Hinsicht und sorgen dafür, dass die Schweizer Textiler auch in Zukunft visionäre Ideen entwickeln werden.

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