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 !