Ersatz der Schaumstoffisolierung in luftverlegten Kühlkettenlinern durch Aerogelfasern

Standardmäßige Polyesterfüllungen isolieren durch das Einschließen von Luft in einer Fasermatrix – die Wärmeleitfähigkeit der Füllfasern selbst begrenzt jedoch die erreichbare Wärmeleitfähigkeit. EPS-Schaum erzielt zwar bessere Dämmwerte, ist aber starr, nicht anpassungsfähig und nicht mit der Airlaid-Vliesstoffverarbeitung kompatibel. Die grundlegende Herausforderung ist thermodynamischer Natur: Für eine bessere Dämmung benötigt man ein Material mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als ruhende Luft (0.026 W/m·K). Jahrzehntelang galt dies für ein flexibles, verarbeitbares Füllmaterial als unmöglich. Aerogel hat dies verändert. Da über 90 % seines Volumens aus nanometergroßen, eingeschlossenen Luftbläschen (10–30 Nanometer) bestehen, erreicht Aerogel Wärmeleitfähigkeitswerte, die sogar die von ruhender Luft übertreffen – und ist damit das leistungsstärkste Wärmedämmmaterial, das in der Materialwissenschaft bekannt ist.

Rohes Silica-Aerogel ist zwar extrem isolierend, aber spröde und lässt sich in monolithischer Form nicht mit Textil- oder Vliesstoffanlagen verarbeiten. ShowarmX löst dieses Problem, indem Silica-Aerogel zu einem superfeinen Pulver vermahlen und während des Spinnprozesses direkt in Polyesterfasern eingearbeitet wird. So entsteht eine Faser, die die nanoporöse Struktur des Aerogels in eine flexible und gleichzeitig robuste Polyestermatrix einbettet. Die resultierende ShowarmX-Aerogelfaser erreicht eine Wärmeleitfähigkeit von 0.017–0.020 W/m·K, die niedriger ist als die von ruhender Luft, und ist gleichzeitig vollständig kompatibel mit Airlaid-Vliesstoff-Produktionslinien. Mit einer Dichte von nur 0.003 g/cm³ zählt ShowarmX zu den leichtesten Dämmstoffen für industrielle Vliesstoffanwendungen.

Anwendungen von Textil-Aerogelen werden am häufigsten im Zusammenhang mit Winterbekleidung diskutiert – der Verhinderung von Wärmeverlusten in kalten Umgebungen. Kühlkettenisolierung funktioniert nach demselben thermodynamischen Prinzip, jedoch umgekehrt: Ziel ist es, das Eindringen von Wärme von außen in ein kaltes Inneres zu verhindern und so eine möglichst lange, stabile Niedrigtemperaturumgebung aufrechtzuerhalten. Die extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit von ShowarmX (≤ 0.02 W/m·K) wirkt symmetrisch in beide Richtungen – sie hemmt den Wärmetransfer unabhängig davon, welche Seite wärmer ist. Für eine Kühlkettenauskleidung bedeutet dies, dass eine dünnere ShowarmX-Aerogel-Vliesschicht die Innentemperatur länger niedrig halten kann als eine deutlich dickere herkömmliche Polyester-Füllschicht. Dadurch werden sowohl das Materialvolumen als auch das Gesamtgewicht beim Versand reduziert.

ShowarmX-Aerogelfasern sind als Hohlfaserstapelfasern (1.5D × 38 mm) erhältlich – die Standardspezifikation für die Herstellung von Airlaid-Vliesstoffen. Es sind keine Anlagenmodifikationen, keine neuen Bindemittel und keine Umrüstungen erforderlich. Die hydrophoben Eigenschaften der Faser – bedingt durch die Oberflächenchemie von Silica-Aerogel – bieten einen zusätzlichen funktionalen Vorteil für Kühlkettenanwendungen: Die Feuchtigkeitsbeständigkeit verhindert die Kondenswasserbildung in der Innenwand der Isolierschicht. Dadurch wird die Wärmeleistung im Laufe der Zeit beeinträchtigt und das Gewicht während des Transports erhöht. Das Ergebnis ist eine Isolierschicht, die ihren Wärmewiderstandswert über die gesamte Transportdauer konstant beibehält, unabhängig von der Luftfeuchtigkeit in der Transportumgebung.