Eigenklimatisierung in Bekleidung mit neuartigen PCM - Garnen

Dr. Gottfried BetzStrickmanufaktur Zella GmbH

UnternehmenFamilienbetrieb seit 1920

Mitarbeiter: 22

Produktionskapazitätca. 25.000 Stck / a

KundenPremium Segment DOB

Eigene MarkenLeonard Mai MIA MAI

Eigene LädenWerksverkauf DingelstädtBerlinOnline Shop ZellaShop

SMART-Text Forum 30.11.2011 - Strickmanufaktur ZELLA GmbH

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EIGENE MARKEN

STRATEGIEQUALITÄT

DESIGN

MARKETING

INNOVATION

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KundennutzenÜberschusswärme aus (sportlicher) Aktivität für 1..2 h speichern, um anschließende Unterkühlung zu vermeiden.

Anwendungsbereich einer Kleidung soll erweitert werden

Drinnen DraußenMatch - WettkampfpauseWetter, TageszeitenSkifahren - Warten am LiftWandern RastGolfspielen

Golden Standard keine Optimierung der Kosten

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Thermoregulation

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Mittlere Hauttemperatur = Komfortsignal

Leistungsbilanz

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M metabolische LeistungPex mechanische Leistung

gesamte WärmeabgabeWärmeabgabe d. AtmungWärmeabgabe d. Kleidungtrockene WärmeabgabeWärmeabgabe d. Evaporation

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Wärmeisolation

Trockener Wärmefluss (Watt)Rc WärmedurchgangswiderstandTh HauttemperaturTu Umgebungstemperatura Fläche

Nicht der schwere Wintermantel, sondern die leichte, flauschige Ware mit viel eingeschlossener

Th - Tu Temperaturgradient grad T

0

Atmungsaktivität / Kühlung

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evaporativer WärmeflussPh Wasserdampfdruck an der HautPu Wasserdampfdruck in der UmgebungRe Wasserdampfdurchgangswiderstand

Feuchtedurchgangsindex i = 0,6* Rc/Re

Je höher der Feuchtedurchgangsindex ist, desto besser ist die Kleidung

Phase Change - Materials

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ca. 500 PCM´s bekannt:Wasser, Paraffin, organische Salze

Sensible = spezifische Wärme c

Latente Wärme QlatQabs = QemissReversibler Vorgang

Wasser Paraffin Wolle

c (J/g*K) 4,2 2,1 1,7

Qschm (J/g) 3,3 2,4

Qverd (J/g) 3200

Thermoregulation PCM

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Wärme wird gespeichert

Haut-Temperatur Th sinkt

Paraffin erstarrt

Wärme wird abgegeben

Hauttemperatur Th steigt

Wärme wird absorbiert

Paraffin schmilzt

Komplexer dynamischer Mechanismus: Vorteilhaft: Tschm = Tkomfort

Vorteile:- ca. 30% Schweißreduktion(Quelle: OUTLAST)- gleichmäßigere Verteilung d. Wärme

STAND DER TECHNIK

Marktführer OUTLAST

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Problematik: Mikroverkapselung ist nicht stabil, wäscht sich aus, darf nicht direkt auf der Haut getragen werden

Mikroverkapselung von Paraffin: 2 Mio / cm3

NASA Patent aus den 70er Jahren

Applikationen

BettwäscheThermoregulierende BekleidungPferdeabhitzdeckenFeuerwehrbekleidungRettungsjacken für HubschrauberpilotenFlaschenetikettenHundedeckenKissen für Rollstuhlfahrer

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INNOVATION: Clima - Faser

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Lyocell - Prozess

51,1 % Zellulose35,8% Paraffin13,1% Anorganische Teilchen

Nano CompositeMatrix + Paraffin

Natürliches Funktionsgarn WOLLE

atmungsaktiv, d.h. hoher Feuchtedurchgangsindex iisoliert auch im feuchten Zustandhohe Feuchtigkeitsaufnahmekeimtötend hohe Bauschkraft

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SMOOL - SMART WOOL

60% Merino Wolle30% Lyocell Zellulose mit / ohne Paraffin

10% Polyamid

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KooperationTITK + SMART FIBER AG + ZWICKAUER KAMMGARN SPINNEREI

Materialprüfung + Optimierung: WOTKA + DSC

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ASTM Routine D7024

Quantitative Erfassung des Thermoregulations-vermögens

Trennung von Isolation und Speicherung

.

Thermoregulationsfaktor

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WärmeisolationR - Wert

ThermoregulationTRF - Wert

= =

Temperatur konstant

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Temperatur-logger

+ Heiz - Steuerung

R1 R5 R6

TCP / IP

-5°C < T4 <100°C

KlimaschrankWOTKA

Elektr. Heizung

Strickprobe

T3

T2

T1

T4

Temperatur konstant

q = 266 W/m2.

Beispiel

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Channel 1 = 33,6 Channel 2 = 31,9 Channel 3 = 30,7 Channel 4 = 28,2

Zeit (Review )23:50:0023:40:0023:30:0023:20:0023:10:0023:00:0022:50:0022:40:0022:30:0022:20:0022:10:0022:00:0021:50:0021:40:00

42

41

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

Referenz ohne PCM

SMOOL 35°C

Beispiel: #87 SMOOL_35°C RL

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Channel 1 = 38,0 Channel 2 = 36,7 Channel 3 = 41,9 Channel 4 = 27,3

Zeit (Review )14:30:0014:00:0013:30:0013:00:0012:30:0012:00:0011:30:00

42

41

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

Beispiel: #87 SMOOL_35°C RL

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Channel 1 = 41,2 Channel 2 = 37,8 Channel 3 = 41,3 Channel 4 = 27,5

Zeit (Review)18:30:0018:00:0017:30:0017:00:0016:30:00

414039383736353433323130292827

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Temperatur-logger

+ Heiz - Steuerung

TCP / IP

- 5°C < Tumgebung <100°C

KlimaschrankDSC

StrickprobeT3

T2

T4

Referenzprobe

Temperatur wird gescannt

Differential Scanning Calometry

Referenzmessung

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Apparatur Zella

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Channel 2 = 46,2 Channel 3 = 46,3 Channel 4 = 44,3

Zeit (Review)21:00:0020:00:0019:00:0018:00:0017:00:0016:00:00

4846444240383634323028262422201816

Channel 2 = 17,1 Channel 3 = 17,3 Channel 4 = 16,0

Zeit (Review )20:30:0020:00:0019:30:0019:00:0018:30:0018:00:0017:30:00

46

44

4240

38

36

34

32

30

28

26

2422

20

1816

DSC Analyse Apparatur Zella

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10 15 20 25 30 35 40

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Temperatur PCM / °C

PCM 28°C Single Jersey

DT

10 15 20 25 30

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Temperatur PCM °C

PCM 21°C Single Jersey

DT

Ergebnisse

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Proben-nummer

Phasen-temp °C Bindung Teilung Faden

Flächen -gewichtg/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 218 0.044 1,36 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

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Ergebnisse

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Proben-nummer

Phasen-temp °C Bindung Teilung Faden

Flächen -gewichtg/m2

R( K * m2/W) TRF

DSC -Peak / a.u.

#93 21 Pikee 12 E ein 218 0,064 1,19 0,5

#16 28 2x2 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 28Polypropylenplattiert

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_21Double -Face

12 E2xSMOOL

1 x PA463 0,065 1,63 2,5

#74 28_21 Double_Face 8E 2xSMOOL1 x PA

668 0,039 1,40 0,5

Zusammenfassung

Je höher die Schmelztemperatur, desto besser die PCM EigenschaftenJe fester das Gestrick, desto besser die PCM EigenschaftenVoluminöse 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 EigenschaftenDouble Face Gestricke haben zugleich gute PCM Eigenschaften und Wärmeisolationswerte

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Kollektionsentwicklung

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Kollektionsentwicklung

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Im Fokus: JACKE Scarlett

Scarlett Werner Beraterin und Testimonial

Schießjacke für Herren

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Thermographie

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Nachteil: Nur Oberflächentemperaturen!

Thermographie

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Unmittelbar n. Training Nach 15 min bei -2°C

SportpulloverPolyester Flächengewicht 210 g/m2

SportpulloverSMOOL 28°CFlächengewicht 240 g/m2

Thermografie

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Flächengewicht 210 g/m2

Unmittelbar n. Training Nach 15 min bei -2°C

Schießjacke SMOOL

Ergebnis: Trageversuche

Pilling-Neigung und Dickstellen bei 28°C und 35°C-Garn

Maßnahme: Garn muss etwas härter gedreht werdenVorteil: 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 erhöhenNachteil: Wärmespeicherdichte wird kleiner

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Waschversuche: PCM - Eigenschaften

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0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100

Zahl der Waschungen

PCM Eigenschaften Pulli SMOOL 35°C

100*R

TRF

Wollwaschprogramm 30°C , Wollmaschmittel, kein Trockner

Kein Ausbluten der Farben

Waschversuche: Maßhaltigkeit

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in cm SOLL neu 1.Wäsche 5. Wäsche 10. Wäsche 20. Wäsche 80. Wäsche

Ganze Länge 62 68 69 69 69 69 69

Oberweite 58 56 53 53 52 52 52

Ärmellänge 64 61 65 66 66 66 66

Halslochweite 26 21 20 20 19 19 19

Armlochtiefe 20 21 21 21 21 21 21

Rundhals - Pullover ; langer Ärmel

Ergebnis: Geringfügige Längenänderung nach der 1. Wäsche, dann kein Ausleiern oder Schrumpfen

Tragekomfort Prüfung Hohenstein

Thermophysiologischer Komfort

HautsensorischerKomfort

Tragekomfortinsgesamt

Jacke Scarlett 1,0 1,3 1,1

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Wärmedurchgangswiderstand R = 0,0497

Wasserdampfdurchgangswiderstand Re = 7,38

Feuchtedurchgangsindex i = 0,40

ZusammenfassungAus PCM Fasern nach dem Lyocell Verfahren lassen sich beständige Strick - Textilien mit wärmespeichernden und thermoregulierenden Eigenschaften herstellenMit Double-Face Gestricken -Isolation und Thermoregulation umgehenDouble-Face Gestricke mit Synthetik Garnen ergeben optimale Schweißtransporteigenschaften

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Dank an

BMBF Förderung AIF KU2559801HG0TITK RudolstadtITP WeimarScarlett Werner, Elli Moor Aspria BerlinMitarbeiter d. Strickmanufaktur Zella GmbH

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VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT !