Neues Mischverfahren für kostengünstige flammhemmende Unterwäsche: Sicherheit und Komfort im Gleichgewicht

Arbeitnehmer in risikoreichen Berufen wie Feuerwehrleuten und Rennfahrern haben einen dringenden Bedarf an Unterwäsche, die Flammwidrigkeit und Komfort kombiniert. Sie muss nicht nur vor Hochtemperaturverbrennungen schützen, sondern auch Schweiß schnell ableiten. Allerdings verwenden bestehende Produkte entweder kostengünstige flammhemmende Fasern (z. B. Meta-Aramid), die teuer sind, oder eine Mischung aus Modacryl und Baumwolle, die eine schlechte Feuchtigkeitsaufnahme aufweist – was es schwierig macht, beides zu erreichen.

Um dies zu lösen, entwickelte das Forschungsteam ein neues Mischungsverhältnis, bestehend aus 55 % Modacrylfaser (MAC), 15 % Polyacrylfaser (PAC) und 30 % Lyocellfaser (CLY). Tests haben bestätigt, dass dieses Konzept Kosten, Flammwidrigkeit und Tragekomfort ausbalanciert und einen neuen Weg für die Entwicklung wirtschaftlicher flammhemmender Unterwäsche bietet.

I. Kernprobleme: Einschränkungen herkömmlicher Lösungen

●Anforderungen in extremen Umgebungen: Bei Brandereignissen können Temperaturen von bis zu 1700 °C erreicht werden, weshalb Unterwäsche flammhemmend sein muss, um Verbrennungen zu verhindern. Bei körperlich anstrengender Arbeit kommt es zu starkem Schwitzen, weshalb eine schnelle Feuchtigkeitsaufnahme und -ableitung erforderlich ist, um Schwüle zu vermeiden.
●Nachteile herkömmlicher Mischkonzepte: Hochpreisige Fasern sind 3- bis 4-mal teurer als Modacryl, was ihre Verbreitung erschwert. Die Mischung aus 65 % Modacryl und 35 % Baumwolle weist eine lange Benetzungsdauer von 480–960 Sekunden auf, was zu einer geringen Wasserabsorptions-Effizienz führt.

II. Neues Mischkonzept: Fasern und Verfahren

1. Komplementäre Vorteile der Fasern
MAC: Dient als flammhemmender Kern. Sie verkohlt bei hohen Temperaturen, ohne zu schmelzen, und hat einen Grenz-Sauerstoffindex (LOI) von 32,5 %. Zudem ist sie verschleißfest und leicht zu reinigen.
PAC: Überzeugt sowohl durch hohe Flammwidrigkeit (LOI 42 %) als auch durch gute Feuchtigkeitsaufnahme (Feuchterückhalt 15,55 %) und verbessert so die gesamte Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der Mischung.
CLY: Eine umweltfreundliche regenerierte Faser mit besserer Feuchtigkeitsaufnahme (Feuchterückgewinnung 8–14 %) als Baumwolle. Sie weist eine hervorragende Feuchtigkeitsdurchlässigkeit auf, die die Verdunstung von Schweiß beschleunigt.

2. Schlüsselprozessparameter
Kontrollierte Experimente wurden durchgeführt, indem die Faserfeinheit (1,7 dtex/1,0 dtex MAC), Spinnverfahren (Ringgarnspinnen/Kompaktsponnen/Sirospinnen) und Gewebestrukturen (5 Typen einschließlich Leinwandbindung, 2:1-Rippe und Piqué-Rippe) angepasst wurden, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse auf die reale Produktion übertragbar sind.

III. Leistungsprüfung: Erfüllung der Anforderungen an Flammwidrigkeit und Tragekomfort

1. Grundlegende Eigenschaften
●Die Fasern sind gleichmäßig im Garn verteilt und bleiben unterhalb von 200 °C stabil (MAC widersteht bis zu 220 °C, CLY bis zu 250 °C), was den Anforderungen in Hochtemperaturumgebungen genügt.
●Die Bruchfestigkeit des aus 1,0 dtex MAC hergestellten Garns ist um 13,7 % höher als die von Standardgarn. Kompaktgesponnenes Garn weist die geringste Flaumigkeit auf und verhindert Verpilling.

2. Feuchtigkeitsaufnahme und Schweißtransport
Die neue Mischung weist eine Benetzungsdauer von nur 5–14,6 Sekunden und eine Wasserabsorptionszeit von 4,6–21,4 Sekunden auf, was deutlich besser ist als bei herkömmlichen Mischungen (480–960 Sekunden). Die Triple-Tuck-Struktur bietet die beste Feuchtigkeitsaufnahme, während die 2:1-Rippenstruktur relativ langsamer ist.

3. Flammwidrigkeit und Sicherheit
Alle Proben erfüllen den ISO 15025-Standard mit einer Nachbrennzeit und Glutdauer von weniger als 2 Sekunden, ohne Schmelzen oder Tropfen. Die 2:1-Rippenstruktur bietet die beste Flammwidrigkeit. PAC und MAC wirken synergistisch zur Verbesserung der Flammwidrigkeit, und eine verbesserte Feuchtigkeitsaufnahme beeinträchtigt die Sicherheit nicht.

IV. Anwendungswert und zukünftige Optimierung

Kernvorteile
1. Geringe Kosten: Die Materialkosten betragen nur ein Drittel bis ein Viertel von Meta-Aramid, und es ist keine zusätzliche chemische flammhemmende Behandlung erforderlich.
2. Sicher und zuverlässig: Es schmilzt bei hohen Temperaturen nicht und verhindert so effektiv Verbrennungen.
3. Komfortabel und umweltfreundlich: Es weist hervorragende Feuchtigkeitsabsorption und Schweißableitungseigenschaften auf. Lyocell verbessert die Weichheit und gewährleistet Umweltfreundlichkeit.

Zukünftige Optimierung
Die Struktur kann je nach beruflichen Anforderungen angepasst werden (z. B. 2:1-Rippe für Feuerwehrleute, Dreifachfalte für Rennfahrer). Alternativ können Spinnverfahren optimiert werden, um die Garnflorigkeit zu verringern und die Abriebfestigkeit zu verbessern, wodurch funktionelle Textilmaterialien ein Gleichgewicht zwischen „Sicherheit, Komfort und Kosten“ erreichen können.
(Hinweis: Die Daten stammen aus dem Artikel „Quality of Fine Yarns from Modacrylic/Polyacrylate/Lyocell Blends...“ (Dokument Nr.: materials-16-04386.pdf) und wurden ursprünglich umformuliert.)