Faser

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Faser (Begriffsklärung) aufgeführt.

Eine Faser ist ein lineares, elementares Gebilde, das aus einem Faserstoff besteht und eine äußere Faserform (Längsform: schlicht, kraus; Querschnittsform: rund, eckig etc.) hat. Die Faser kann endlos oder längenbegrenzt sein[1] und ist ein im Verhältnis zu ihrer Länge dünnes, flexibles Gebilde. Um im technischen Bereich von einer Faser zu sprechen, sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens zwischen 3:1 und 10:1 liegen; für viele textile Anwendungen liegt es bei über 1000:1.[2] Fasern können in Längsrichtung keine Druck-, sondern nur Zugkräfte aufnehmen, da sie bei Druckbelastung knicken. In der Natur und in der Technik kommen Fasern meist in einem größeren Verbund vor.

Einteilung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Fasern werden in Naturfasern und Chemiefasern eingeteilt.

Naturfasern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Naturfaser

Als Naturfasern werden alle Textilfasern und Faserwerkstoffe bezeichnet, die ohne chemische Veränderung aus pflanzlichem und tierischem Material gewonnen werden.[3] Die Naturfasern werden in organische Fasern mit den Untergruppen pflanzliche und tierische Fasern sowie in anorganische Fasern, wie z. B. Asbest oder natürliche Basalt­fasern unterteilt,[4] die auch häufig als Mineralfasern bezeichnet werden.

Pflanzliche Fasern (Pflanzenfasern)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pflanzenfasern kommen bei Pflanzen als Leitbündel im Stängel oder Stamm, der Rinde (etwa als Bast) und als Samen-Fortsätze vor.

Mit der Eigenschaft fasrig – und auch holzig und krautig – werden unspezifisch die stark von Fasern durchsetzten sowie die verholzten Teile einer krautigen Pflanze bezeichnet, in Unterscheidung zum Jungtrieb und der Blattmasse, insbesondere sind dies bei Lebensmitteln die nicht zum Verzehr geeigneten Anteile. Einen Überblick zu den landwirtschaftlich angebauten Lieferanten von Pflanzenfasern gibt der Artikel Faserpflanzen.

Baumwollfasern im Rasterelektronenmikroskop

Pflanzenfaser ist ein Sammelbegriff für Fasern pflanzlicher Herkunft, die als Material in textilen und anderen Fertigungsprozessen verwendet werden. Eine Unterteilung erfolgt nach der noch gültigen DIN 60001-1[5] in Samenfasern, Bastfasern und Hartfasern oder nach der neueren, auf internationalen Normen beruhenden DIN EN ISO 6938[6] in Samenfasern, Bastfasern, Blattfasern und Fruchtfasern, die damit eine Aufteilung der Hartfasern vornimmt. Folgende Liste, die, soweit vorhanden, auch die gültigen Kurzzeichen für die Fasergattungsnamen enthält, beruht hauptsächlich auf diesen beiden Normen:

  • Blattfasern sind zusammengesetzte Fasern, die aus Blättern erhalten werden, und sich hauptsächlich aus Zellulose sowie aus inkrustierenden und interzellulären Materialien zusammensetzen, die aus Lignin und Hemicellulosen bestehen.[6]
  • Fruchtfasern sind zusammengesetzte Fasern, die aus Früchten erhalten werden, und sich hauptsächlich aus Zellulose sowie aus inkrustierenden und interzellulären Materialien zusammensetzen, die aus Lignin und Hemicellulosen bestehen.[6]

Als Ersatzfasern können z. B. genutzt werden:[7]

  • Ginster : Fasern aus den Stängeln der Ginsterpflanze mit einer Faserausbeute von 6 % bis 7 %
  • Hopfen : Fasern den Stängeln von Hopfenpflanzen mit einer Faserausbeute von 9 % bis 10 %
  • Rohrkolbenschilf: Fasern aus den Blättern und aus den Fruchtständen mit einer Faserausbeute von 25 bis 30 %
  • Weidenbast: Rindenfasern der Weide mit einer Faserausbeute von 15 % bis 20 %.

Bastreste von Linde und Eiche stellen die häufigsten Funde von jungsteinzeitlichen Faserresten dar. Die langen Fasern dieser Baumarten dienten als Werkstoff zur Herstellung von Körben, Matten und Schnüren. Die derzeit bekanntesten Beispiele dürften Umhang und Schuhwerk des Mannes von Tisenjoch, vulgo „Ötzi“, sein.

Tierische Fasern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Unterteilung erfolgt nach der noch gültigen DIN 60001-1[5] in Wollen und Haare (Feine Tierhaare und Grobe Tierhaare) sowie Seiden oder nach der neueren, auf internationalen Normen beruhenden DIN EN ISO 6938[6] in Fasern aus Spinndrüsen, Fasern abgesondert von einigen Mollusken­arten und aus Haarfolilkeln abstammende Fasern.[6] Folgende Liste, die, soweit vorhanden, auch die gültigen Kurzzeichen für die Fasergattungsnamen enthält, beruht hauptsächlich auf diesen beiden Normen:

  • Fasern aus Spinndrüsen, die von einigen Insekten als Sekret abgesondert werden, besonders von Larven der Ordnung Lepidoptera in Form von zwei Fibrion-Filamenten, die durch Sericin miteinander verklebt werden[6]
    • Seide (SE) (Zuchtseide) – Fasern von den Kokons des Maullbeer-Seidenspinners (Bombyx mori)
    • Tussahseide (ST) – Fasern aus dem von Bäumen und Sträuchern gesammelten Kokons der wildlebenden Tussahspinner (z. B. Chinesischer Eichenseidenspinner) hergestellt. Da hier der Schmetterling meist ausgeschlüpft ist, sind die Fasern kürzer und nicht abhaspelbar.
    • Mugaseide – Fasern aus den Kokons des Seidenspinners Atheraea assamensis
    • Eriseide – Fasern von den Kokons des Eriseidenspinners
    • Anapheseide – Fasern aus den Konkons von Anaphe Seidenspinnern
  • Fasern, die von einigen Molluskenarten als Sekret abgesondert werden[6]
  • Fasern aus Haarfollikeln mit einer multizellulären Struktur, die sich aus Keratin zusammensetzen und den Pelz, das Fell, die Mähne oder den Schwanz bestimmter Tiere bilden[6]
    • Wolle von Schafen (WO) (Schurwolle (WV)) wird meist durch jährliches Scheren gewonnen und auch als Schurwolle bezeichnet.
    • Alpaka (WP), Lama (WL), Vikunja (WG), Guanako (GU) sind die Haare von den gleichnamigen Lamaarten bzw. Schafkamelen. Die Haare sind fein, weich, glänzend und wenig gekräuselt.
    • Kamelhaar (WK) ist das weiche, gekräuselte Flaumhaar der Kamele, die Tiere werfen es jährlich ab. Es ist sehr fein, weich und leicht gekräuselt und beigebraun.
    • Angora (WA) (Haare vom Angorakaninchen), Kanin (WN) (gewöhnliche Kaninchenhaare) sind sehr fein, glatt und sehr leicht. Da sie Wasserdampf gut aufnehmen, sind Stoffe aus Kanin sehr warmhaltend.
    • Kaschmir (WS) gewinnt man durch Auskämmen und sortieren der Flaum- oder Grannenhaare der Kaschmirziege. Diese Haare sind so fein wie die feinste Merinowolle, und Bekleidung aus Kaschmir ist deshalb fein, weich, leicht und glänzend.
    • Mohair (WM) bezeichnet die Haare der Angora- oder Mohairziege. Sie sind lang, leicht gelockt und glänzend. Ihre Farbe ist weiß und sie filzen kaum.
    • Yak (HY) – Haare des Ziegenochsen
    • Ziegenhaar (HZ)
    • Rinderhaar (HR)
    • Rosshaar (HS) ist sehr grob und wird als Polster und Füllung von Matratzen verwende

Mineralfasern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mineralfasern werden aus Gesteinsarten mit Faserstruktur erhalten, die hauptsächlich aus Silicaten bestehen[6]

  • Asbest (AS) – faseriges natürliches Silicat[8]
  • Erionit wird aufgrund seiner Asbest-ähnlichen Gesundheitsschädlichkeit nicht verwendet.
  • Fasergips
  • Wollastonit dient heute neben Glasfasern als Asbestersatz.

Chemiefasern (früher: Kunstfasern)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Chemiefasern werden alle Fasern bezeichnet, die künstlich, nach chemisch-technischen Verfahren aus natürlichen oder synthetischen Polymeren sowie aus anorganischen Stoffen überwiegend in Form von Filamenten (Monofilamente, Multifilamente) hergestellt und zu Filamentgarnen weiterverarbeitet werden oder zu Spinnfasern (Stapelfasern) durch Schneiden oder Reißen verarbeitet werden und anschließend mittels Sekundärspinnverfahren zu Garnen versponnen oder z. B. mittels Vliesstoff-Herstellungsverfahren direkt zu textilen Flächengebilden verarbeitet werden.[9][10]

Die folgende Auflistung der Gattungsnamen zur Bezeichnung der Gattungen von Chemiefasern zzgl. der in Klammern angeführten Kurzzeichen richtet sich hauptsächlich nach der Norm DIN EN ISO 2076 zur Bezeichnung von Chemiefasern aus dem Jahr 2014.[11] Die Gattungsnamen werden üblicherweise zusammen mit dem Wort „Faser“ gebraucht, so z. B. die Gattungsnamen Viskose als Viskosefaser und Glas als Glasfaser.

Fasern aus natürlichen Polymeren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Fasern aus regenerierter Cellulose
    • Viskose (CV) wird nach dem Viscoseverfahren aus reiner Zellulose, hauptsächlich aus Buchen- und Pinienholz oder Eukalyptus gewonnen, zunehmend auch aus Bambus, hergestellt.
    • Modal (CMD) wird nach dem modifizierten Viscoseverfahren hergestellt und hat deshalb eine höhere Festigkeit als Viskose im trockenen und nassen Zustand.
    • Lyocell (CLY) wird in einem Nassspinnverfahren hergestellt. Als Lösungsmittel dient N-Methylmorpholin-N-oxid Monohydrat. Die Faser zeichnet sich durch sehr hohe Trocken- und Nassfestigkeit aus.
    • Cupro (CUP) wird nach dem Kupferoxid-Ammoniak-Verfahren hergestellt.
  • Fasern aus Celluloseestern
    • Acetat (CA, früheres Kurzzeichen AC) wird im Trockenspinnverfahren aus in Aceton gelöstem Zelluloseacetat ersponnen (siehe Acetat-Fasern)
    • Triacetat (CTA) wird ebenfalls aus Zelluloseacetat hergestellt, nun allerdings in Dichlormethan gelöst.
  • Proteinfasern (USA: Azlon)
    • Regenerierte Proteinfasern (PR) aus regeneriertem natürlichen Eiweiß pflanzlicher oder tierischer Herkunft, teilweise auch durch chemische Wirkstoffe stabilisiert.
    • Modifizierte Sojabohnen­proteinfaser (MSP) werden mittels Nassspinnverfahren aus einer Spinnlösung, die aus einer Mischung von kurzkettigen Sojabohnenproteinen, die mit als Fasergerüst dienendem Polyvinylalkohol copolymerisiert wurden, und von langkettigen Sojabohnenproteinmolekülen besteht, ersponnen.[12]
    • Zein eine unter dem Handelsnamen Vicara in den 1950er Jahren produzierte Faser aus Mais­eiweiß.
    • Caseinfasern (auch Kaseinfasern) sind regenerierte Proteinfasern aus Milcheiweiß mit heute nur noch geringer wirtschaftlicher Bedeutung;[13] als Wollersatz (deshalb auch frühere Bezeichnung Caseinwolle) während des 2. Weltkrieges entwickelt und bis in die 1950er Jahre unter Handelsnamen wie Lanital, Aralac, Merinowa produzierte Faser.
  • Polylactid (PLA) –Fasern bestehen aus linearen Makromolekülen, die aus mindestens 85 % Masseanteil Milchsäureestereinheiten bestehen. Gewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen entweder durch Polykondensation von Milchsäure, die man aus Stärke, Dextrose bzw. einfachen Pflanzenzuckern durch Fermentation erhält, oder indirekt aus den cyclischen Dimeren der Milchsäure durch Ringöffnung und Polymerisation. Die erhaltenen PLA-Pellets werden, wie die meisten synthetischen Fasern, nach dem Schmelzspinnverfahren versponnen.[14]
  • Alginat (ALG) –Fasern aus Metallsalzen der Alginsäure; Gewinnung durch Extraktion von Meerestang mit Sodalösung, wodurch eine viskose, wässerige Lösung von Natriumalginat, entsteht.[15]
  • Chitin (CHT) – Fasern aus Chitin und dessen Derivaten wie Chitosan.
  • Elastodien (ED) – Faser aus natürlichem Polyisopren (frühere Bezeichnung Gummifasern); die Bezeichnung wird auch für Fasern aus synthetischem Polyisopren verwendet.

Fasern aus synthetischen Polymeren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Polyesterfaser im Rasterelektronenmikroskop.
  • Polyester (PES), meist Polyethylenterephthalat (PET): Die PES-Faser zeigt vielseitige Eigenschaften und nimmt deshalb eine Spitzenposition unter den synthetischen Fasern ein. Sie ist sehr reiß- und scheuerfest und nimmt kaum Feuchtigkeit auf. Hergestellt werden auch Filamente/Fasern aus Polytrimethylenterephthalat (PTT) und Filamente aus Polybutylenterephthalat (PBT).
  • Polyamid (PA) (USA Nylon): Die PA-Faser ist sehr elastisch sowie reiß- und scheuerfest. Textilien daraus knittern kaum. Polyamid lässt sich durch Hitze dauerhaft verformen, was beim Thermofixieren ausgenutzt wird.
  • Polyimid (PI): Die PI-Faser ist unschmelzbar, hervorragend thermostabil und schwerentflammbar, weshalb sie vor allem in technischen Textilien, z. B. Filtermedien eingesetzt wird.
  • Polyamidimid (PAI): Die PAI-Faser weist eine außerordentliche hohe Hitze- und Flammbeständigkeit (bis 240 °C) auf, ist unschmelzbar und beständig gegenüber gängigen Lösungsmitteln.[16]
  • Aramid (AR): AR-Fasern werden als m-Aramidfasern (hohe Temperaturbeständigkeit und gute Chemikalienresistenz) oder p-Aramidfasern (hohe Festigkeit und hoher E-Modul) hergestellt und werden vor allem für technische Textilien, z. B. in schusssicheren Westen, benutzt.
  • Polyacryl (PAN); Polyacryl-Fasern (als Kurzbezeichnung auch Acrylfasern) enthalten mindestens einen Massenanteil von 85 % Polyacrylnitril. Homopolyacrylnitrilfasern (Rein-PAN) bestehen aus nahezu 100 % Acrylnitril und wurden ursprünglich als Asbestersatz für die Faserzement- und Reibbeläge­industrie entwickelt .[17]Die als Textilfasern zum Einsatz kommenden PAN-Fasern sind Copolymerisat­fasern, z.&bsp;B mit einem Anteil von 7 % Polymethylmethacrylat. Sie weisen einen wollähnlichen Griff und gute Licht- und Chemikalienbeständigkeit auf. PAN-Fasern sind neben Pech ein wichtiges Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kohlenstofffasern. Polyacrylnitril wird auch zur Herstellung von Hohlfasern für die Membrantechnik verwendet
  • Modacryl (MAC): MAC-Fasern werden überwiegend nach dem Nassspinnverfahren aus einem Copolymerisat hergestellt, bei dem in die mindestens 50 % und höchstens 85 % Acrylnitril­anteile enthaltenden PAN-Kettenmoleküle 15 % bis 50 % Comonomere , z. B. Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid, durch Copolymerisation eingebracht worden sind. MAC-Fasern sind selbstverlöschend. Sie werden rein oder in Mischungen u. a. für Schutzbekleidung oder Vorhänge und Auslegewaren eingesetzt.[18]
  • Polytetrafluorethylen (PTFE), lt. DIN EN ISO 2076 Fluorfaser: Die PTFE-Faser ist temperaturbeständig, chemisch weitgehend inert, wasserabweisend und kaum färbbar. Der Einsatz als Faser erfolgt hauptsächlich in technischen Textilien.
  • Polyethylen (PE): PE-Fasern bestehen aus mehr als 85 % Polyethylen hoher oder niedriger Dichte und werden nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Sie nehmen keine Feuchtigkeit auf, sind beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien, weisen eine hohe Scheuerbeständigkeit, eine geringe Reißfestigkeit, einen niedrigen Erweichungsbereich (je nach Type 85° C bis 132 °C) sowie eine geringe UV-Stabilität auf, wenn nicht eine zusätzliche UV-stabilisierende Modifikation erfolgt. Einsatz der Stapelfasern vorrangig Vliesstoffen. Mittels eines Gelspinnverfahrens erhält man Polyethylen-Filamentgarne mit sehr hohem Molekulargewicht, Kristallisationsgrad, E-Modul und Festigkeitsniveau (280-330 cN/tex).[19]Sie werden vorrangig für Seile, Taue und Netze genutzt.
  • Polypropylen (PP): Die PP-Faser ist die Textilfaser mit der niedrigsten Dichte überhaupt. Wegen ihrer absolut hydrophoben Konstitution sind ihre Trocken- und Nassreißfestigkeitswerte gleich. Sie ist beständig gegen aggressive Chemikalien .und weist eine gute Scheuerfestigkeit. Eingesetzt werden PP-Fasern im Sportfunktions- und Unterwäschebereich, für Geotextilien, Teppiche, Automobiltextilien. PP-Fasern besitzen eine Vielzahl von Modifikationen wie z.  Mikrofasern, Profil- und Hohlfasern, elastische und schwerentflammbare Fasern.
  • Polychlorid (CLF), auch Chlorofaser: CLF-Fasern bestehen aus linearen Makromolekülen mit mindestens 50 % Masseanteil Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid in der Kette. Die aus dem Basispolymer Polyvinylchlorid (PVC) hergestellte Polyvinylchloridfaser als bedeutendste CLF-Faser war die erste Synthesefaser, die aber heute nur noch geringe Bedeutung hat. [20] CLF-Fasern sind unentflammbar, gut wärmedämmend, absolut hydrophob, chemikalienbeständig gegen Säure und Laugen. Sie zeigen keine Verrottungserscheinungen und sind witterungs- und lichtbeständig. Die Einsatzgebiete liegen im Bereich technischer Textilen, aber auch bei sehr gut wärmender Unterwäsche (Rheumawäsche) und Deko- und Möbelstoffen meist in Mischungen.
  • Elastan (EL); (EA/ELAS); (PUE), (USA: Spandex, Japan: Polyurethan): Die EL-Faser besteht aus mindestens 85 % Masseanteil segmentiertem Polyurethan und hat eine sehr hohe elastische Dehnung. Da es in Vergleich zu Gummi gut anfärbbar ist, wird es meist in Verbindung mit anderen Fasern für dehnbare Gewebe, Badebekleidung und Strümpfe eingesetzt.
  • Polybenzoxazol (PBO): Die PBO-Fasern wurden auf der Basis von Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) entwickelt. Sie erreichen Höchstfestigkeitswerte und sehr hohe Modulwerte: Ursache ist die perfekte Struktur des kristallinen Aufbaus. Außerdem sind die PBO-Fasern unbrennbar und thermostabil. Die Zugfestigkeitswerte sind doppelt so hoch wie die von p-Aramidfasern. Die Anwendung erfolgt im Hitze- und Schnittschutz-Bekleidungsbereich und als Verbundwerkstoff, aber auch in Hochtemperatur-Filtermaterialien.[21] [22]
  • Polybenzimidazol (PBI): Die nach dem Trockenspinnverfahren hergestellte PBI-Faser baut sich aus einem langkettigen aromatischen Polymer mit wiederkehrenden Imidazolgruppen als integraler Bestandteil der Polymerkette auf.[23] Die mechanisch-technischen Eigenschaften ähneln denen von Viskosefasern, jedoch brennt die PBI-Faser nicht an der Luft, schmilzt nicht, widersteht Säuren, Laugen und organischen Chemikalien. Sie eignet sich besonders für Hitzeschutzbekleidung.[24]
  • Polyharnstoff (kein aktuelles Kurzzeichen, frühere Kurzzeichen PUA bzw. PB): Die Polyharnstofffaser besteht aus linearen Makromolekülen, deren Kette eine Wiederkehr der funktionellen Harnstoffgruppe (NH-CO-NH) aufweist. Sie bildet eine Hauptgruppe der faserbildenden Polyamide, von denen die in Japan entwickelte und produzierte Urylon-Faser besondere Bedeutung erlangte. Vorteil gegenüber anderen Polyamidfasern ist ihre Säurebeständigkeit.[25][26]
  • Melamin (MEL, früher auch MF): Die MEL-Faser besteht aus mindestens 85 % Masseanteil vernetzter Makromoleküle aus Melaminderivaten. [27] Sie ist problemlos färbbar, beständig gegenüber Aromaten, hydrolysestabil und gut beständig gegenüber Laugen, weniger gegen Dauereinwirkung von Säuren. Die MEL-Faser besitzt eine hohe Flammbeständigkeit, hohe Dauertemperaturbeständigkeit sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit, weshalb sie sich sehr gut für Arbeits- und Brandschutz –Textilien eignet.[28][29]
  • Polyphenylensulfid (PPS): Die PPS-Faser besteht aus linearen Makromolekülen mit p-Phenylthiogruppe in der Hauptkette. [30] Sie wird nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Die PPS-Faser weist eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit (bisher nur von PTFE-Fasern übertroffen) und eine exzellente Thermostabilität auf, die einen dauerhaften Einsatz bis 190 °C (kurzfristig bis 230 °C) ohne nennenswerte Schädigung erlaubt. Die Anwendungen liegen deshalb vor allem im Bereich von Heißgasfiltermedien und Papiermaschinenfilze in kritischen Bereichen der Trockenzone. .[31][32]
  • Trivynil (lt. DIN EN ISO 2076:2014-03 ohne Kurzzeichen, früher: TV): Die Trivinylfasern werden durch die gemeinsame Polymerisation von Acrylnitril, Vinylchlorid (oder Vinylidenchlorid) und einem dritten Vinylmonomeren hergestellt, wobei keines der Vinylmonomere 50 % der Massenanteile aufweist. Heute sind diese Fasern kaum noch von praktischer Bedeutung. [33] [34]
  • Elastolefin (EOL)(USA: Lastol): Der Gattungsname gilt für Fasern aus mindestens 95 % Masseanteil Makromolekülen, zum Teil quervernetzt, zusammengesetzt aus Ethylen und wenigstens einem anderen Olefin und die, unter Einwirkung einer Zugkraft um die anderthalbfache ursprüngliche Länge gedehnt, nach Entlastung sofort wieder nahezu in ihre Ausgangslage zurückkehren. Diese elastischen Polyolefinfasern zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit (bis 200 °C) sowie eine hohe Resistenz gegenüber aggressiven Chemikalien (insbesondere gegenüber Chlor) und UV-Licht aus.[35][36]
  • Elastomultiester (ELE)(früher auch: EME; USA: Elasterell-p): Die ELE-Faser entsteht durch die Interaktion von zwei oder mehr chemisch verschiedenen linearen Makromolekülen in zwei oder mehr verschiedenen Phasen (von denen keine 85 % Masseanteil übersteigt). Sie enthält als wichtigste funktionale Einheit Estergruppen (mindestens 85 %). Bei einer Wärmebehandlung lösen diese unterschiedlichen Polymere bei einer bestimmten Temperatur ein unterschiedliches Schrumpfvermögen aus, welches zu einer „chemischen“ Texturierung führt. Diese Kräuselung ist nicht reversibel und führt zu einem,dem „normalen“ Texturieren überlegenen Dehnungs- und Rücksprungverhalten. So kehrt die ELE-Faser bei einer Dehnung um 50 % und anschließender Entlastung dauerhaft und sofort nahezu auf ihre ursprüngliche Länge zurückkehrt. .[37][38]
  • Polyvinylalkohol (PVAL oder PVOH): Daraus wird die Vinalon, Vinylal oder Vinylon-Faser hergestellt.
  • M5 Faser (Polyhydroquinone-diimidazopyridine):[39] M5 hat eine höhere Zugfestigkeit und ist feuerbeständiger als m-Aramid. Es ist die feuerbeständigste organische Faser, sie ist weniger spröde als Kohlenstofffasern und gibt bei Dehnung nach.

Fasern aus anorganischen Stoffen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Glasfasern (GF, VE) sind im Vergleich zu Polymerfasern weniger dehnbar und spröde. Sie werden u. a. in Dekostoffen und für die Inneneinrichtung benutzt. In großem Maße werden sie zur Verstärkung von Kunststoffen und in technischen Textilien eingesetzt. Außerdem werden Lichtwellenleiter zur optischen Datenübertragung in Telefon- und EDV-Netzen verwendet.
  • Basaltfasern besitzen ähnliche Eigenschaften wie Glasfasern. Eingesetzt werden sie in Faser-Kunststoff-Verbunden oder als Hitzeschutzmaterial sowie in technischen Textilien.
  • Kohlenstofffasern (CF) sind sehr leicht und haben eine hohe Festigkeit. Sie werden ebenfalls zur Verstärkung von Kunststoffen, in Verbundkeramik und in technischen Textilien eingesetzt. Als Faserfilz finden sie Verwendung zur Wärmeisolation von Hochtemperatur-Schutzgas- oder Vakuumöfen.
  • Metallfaser (MTF, ME/MET), sehr dünner Draht.
  • Keramikfasern bilden eine spezielle Klasse von anorganischen Fasern. Sie bestehen aus einer faserförmigen Keramikstruktur. Sie kommen als oxidische (Aluminiumoxide, Mullite, Yttriumoxide) und nichtoxidische (SiC, SiCN, SiBCN→Polysilazane) Fasertypen vor. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt bei Hochtemperaturanwendungen für Dämmstoffe (bei Kurzfasern) und als Verstärkungsfasern in hochbelasteten Verbundwerkstoffen wie zum Beispiel in faserverstärkter Keramik. Die als „Keramikfaser“ bekannte Aluminiumsilikatwolle wird als Hochtemperaturwolle zur Wärmedämmung bei Temperaturen über 700 °C eingesetzt.
  • Nanotubefasern bestehen nahezu vollständig aus Kohlenstoffnanoröhren (englisch carbon nanotubes). Sie besitzen sehr hohe Festigkeiten und sind noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Die NASA untersucht derartige Fasersysteme zum Bau von Weltraumliften.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Eigenschaften der Fasern werden durch

  • die molekulare Struktur (chemische Struktur)
  • den übermolekularen Ordnungszustand (physikalische Struktur)
  • die Fasergeometrie (Faserlänge, Faserkräuselung, Faserfeinheit, Faserquerschnitt)
  • die Fasertopographie (Oberflächengestaltung der Fasern)

bestimmt, wobei bei den Chemiefasern das Faserbildungsverfahren (Erspinnen, Recken, Fixieren, Texturieren) wesentlich die Fasergeometrie und -topographie, aber auch die übermolekulare Struktur beeinflusst.

Zu den Fasereigenschaften zählen die mechanischen, elektrischen und optischen Eigenschaften sowie das Verhalten bei Feuchte- und Wassereinwirkung, bei Wärmeeinwirkung, bei Luft- und Sauerstoffeinwirkung, bei Strahleneinwirkung und gegenüber Chemikalien. Diese Fasereigenschaften bestimmen wiederum die Verarbeitungseigenschaften (technologische Eigenschaften wie Färbbarkeit, Schrumpfverhalten u. a.) und die Gebrauchseigenschaften (Haltbarkeit, bekleidungsphysiologisches Verhalten u. a.).[40]

Fasern besitzen neben dem charakteristischen Längen-Durchmesser-Verhältnis eine Anisotropie (Ungleichheit in den drei Raumdimensionen) der mechanischen Eigenschaften, d. h. eine Faser ist beispielsweise in ihrer Längsrichtung unterschiedlich dehnbar im Vergleich zur Querrichtung. Bei mehreren verdrehten Fasern zeigt sich entlang der Längsrichtung eine Synergie der mechanischen Eigenschaften, z. B. erhöht sich durch das Spinnen die Zugfestigkeit des Faserbündels über die Summe der Zugfestigkeiten der einzelnen Fasern hinaus. Durch das Längen-Durchmesser-Verhältnis sind die meisten Fasern flexibel.

Faseranalyse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die unterschiedlichen Eigenschaften von Fasern können durch verschiedene qualitative und quantitative Methoden bestimmt werden.[41][42] Die Zusammensetzung kann durch eine Brennprobe, eine Elementaranalyse oder eine Neutronenaktivierungsanalyse bestimmt werden. Bei der Brennprobe wird die Flamme (Ruß­entwicklung), der Geruch, der pH-Wert des Rauchs und die Konsistenz des Rückstands beobachtet, die für das jeweilige Ausgangsmaterial charakteristisch sind. Die Feinheit wird durch Messung der Länge und des Gewichts bestimmt oder mit einem Vibroskop. Lichtmikroskope, Transmissionselektronenmikroskope und Interferometer können zur Bestimmung der Faserdurchmesser und teilweise auch zur Bestimmung deren Ursprungs verwendet werden.[43] Durch Infrarot-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie und Röntgenspektroskopie können Fasern über die jeweiligen materialabhängigen Spektren ihrem Ursprung zugeordnet werden.

Je nach Zusammensetzung und Aufbau der Fasern besitzen sie unterschiedliche Werkstoffeigenschaften. Die charakteristischen mechanischen Eigenschaften von Fasern wie die Elastizität, die Zug-, Druck-, Biege-, Knick- und Scherfestigkeit werden mit quantitativen Messungen in entsprechenden Spannvorrichtungen bestimmt. Auch die Anisotropie der Eigenschaften von Fasern und die Synergie mehrerer verdrehter Fasern kann so ermittelt werden.

Internationale Kurzzeichen für Textilfasern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auszug aus der Liste der Abkürzungen für die Bezeichnung von natürlichen und Chemiefasern herausgegeben vom internationalen Standardisierungsbüro in Brüssel (BISFA) in Anlehnung an DIN 7728:

Benennung Zeichen Benennung Zeichen
Baumwolle CO Elastan EL
Flachs, Leinen LI Glas GF
Hanf HF Jute JU
Kamelhaar WK Kokos CC
Lama WL Modal CMD
Mohair WM Polyakryl PAN
Polyamid PA Polyester PES
Polyethylen PE Polypropylen PP
Ramie RA Schafwolle WV
Seide (Maulbeerseide) SE Sisal SI
Viskose CV Ziegenhaar HZ

Die internationale Norm für die Kurzzeichen von Chemiefasern ist die DIN EN ISO 1043-1. Bei Naturfasern werden die Kurzzeichen für Deutschland in der DIN 60001-1 festgelegt.

Textile Eignung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem Textilkennzeichnungsgesetz ist Textilfaser ein „Erzeugnis, das durch seine Flexibilität, seine Feinheit und durch seine große Länge im Verhältnis zum Durchmesser gekennzeichnet ist“.

Die Bedingungen für jede Art Herstellung und Anwendung werden durch Mindestanforderungen an einzelne Eigenschaften (Länge, Feinheit, Elastizität, Feuchtigkeitstransport, Isolierwirkung usw.) näher spezifiziert.

Zum Beispiel: Baumwolle für ein bestimmtes Garn muss mindestens 12 mm Länge und 10 cN/tex Festigkeit haben, für Nassvliesstoffe genügen 4 mm und für Beflockung 2 mm Länge.

Chemiefasern aus Polymeren eignen sich sehr gut für Textilien, für Kleidung wie für technische Anwendungen. Da die Fasern eigens hergestellt werden, kann ihre Form, Dicke und Länge fast frei gewählt werden. Dies erklärt u. a. den Erfolg der synthetischen Fasern gegenüber den traditionell genutzten Naturfasern seit Beginn der 1960er Jahre. Naturfasern können sich insbesondere dort behaupten, wo sie Vorteile gegenüber den Chemiefasern aufweisen können. Neben dem textilen Bereich werden sie auch zunehmend in technischen Textilien eingesetzt.

Naturfasern, Glasfasern und Kohlenstofffasern werden zu Geweben oder zu Vliesstoffen verarbeitet; meist, um sie später zu nichttextilen Faserverbundwerkstoffen weiterzuverarbeiten, selten, um sie direkt in dieser Form einzusetzen. Beispielsweise werden Glasfasergewebe als temperaturbeständige Isolierung für Kabel eingesetzt.

Dünne Metalldrähte spielen eine erhebliche Rolle bei der Herstellung von Kabeln, wo sie meist geflochten werden.

Sollen Fasern textil verwendet werden, müssen sie gesponnen werden. Ausnahme: Vliesstoffe, Filze und Filamente.

Fasermischungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es ist heute üblich, für textile Anwendungen Fasern zu mischen. Ziel ist immer, ein Produkt (Garn, Vliesstoff etc.) mit veränderten Eigenschaften zu bekommen. Hier wird einerseits versucht, bessere Gebrauchseigenschaften, bessere bekleidungsphysiologische oder bessere Pflegeeigenschaften zu erhalten. Auf der anderen Seite versucht man eine Veränderung des Aussehens oder eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Von der Verarbeitung her sind Gemische manchmal schwieriger zu handhaben als pure Fasern. Teilweise lassen sich jedoch gerade Fasergemische besser verarbeiten.

  • eine Fasermischung (Melange) als mehrfarbiger Farbeffekt in einem Garn
  • Vigogne (VG) ist eine Mischung aus Baumwolle und Viskose
  • Vigoureux ist eine teilweise streifenförmig walzenbedruckte Fasermischung zur Erzielung hochwertiger, ruhiger Melange-Farbeffekte

Erzeugung und Verbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die größten Chemiefaserproduzenten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das bedeutendste Herstellerland von Chemiefasern ist mit großem Abstand China, gefolgt von Taiwan und den USA. In Europa sind Deutschland und Italien die wichtigsten Produzenten.

Die wichtigsten Produzenten für Chemiefasern
Die größten Chemiefaserproduzenten weltweit (2001)[44]
Rang Land Produktion
(in Tsd. t)
Rang Land Produktion
(in Tsd. t)
1 China VolksrepublikVolksrepublik China China 7905 8 ThailandThailand Thailand 838
2 TaiwanRepublik China (Taiwan) Taiwan 3105 9 DeutschlandDeutschland Deutschland 800
3 Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Vereinigte Staaten 2744 10 TurkeiTürkei Türkei 672
4 Korea SudSüdkorea Südkorea 2381 11 MexikoMexiko Mexiko 555
5 IndienIndien Indien 1681 12 ItalienItalien Italien 550
6 JapanJapan Japan 1347 13 RusslandRussland Russland 423
7 IndonesienIndonesien Indonesien 1289 14 BrasilienBrasilien Brasilien 318

Bei obigen Zahlen ist zu beachten, dass insbesondere die Produktion in China seit 2001 deutlich angestiegen ist. Im Jahre 2006 betrug die dortige Produktion knapp über 19 Millionen Tonnen[45].[46]

Insbesondere PET-Fasern werden in großem Maßstab aus recyceltem Kunststoff gewonnen. So wurden etwa 40 % aller im Jahre 2009 in Europa gesammelten PET-Flaschen zu Textilfasern verarbeitet.[47]

Die größten Naturfaserproduzenten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Naturfasern werden in fast allen Ländern der Welt angebaut und verarbeitet – jährlich insgesamt fast 30 Millionen Tonnen. Baumwolle ist dabei mit 20 Mio. t die weitaus dominierende Naturfaser, gefolgt von Wolle und Jute mit rund 2–3 Mio. t. Trotz der weiten Verbreitung sind mit Südasien, Ostasien und China, Mittel- und Osteuropa, Ostafrika und Brasilien Schwerpunkte in der Naturfaserproduktion erkennbar.[48]

Textilfaserverbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Jahr 2009 wurden insgesamt ca. 76 Millionen Tonnen Textilfasern produziert (11 kg / Weltbewohner). Davon:

Anteile am Textilfaserverbrauch 2009
Rang Gruppe Höchste Anteile  %
1 Baumwolle China, USA, Indien 033[49]
2 Filamente PES, PA, PP 033[49]
3 Chemische Stapelfasern PES, PAN, CV 024[49]
4 Sonst. pflanzl. Fasern JU, LI, CC, SI 07[50]
5 Tierische Fasern WO, WL, WK, WM 02[49]

Die Statistik beinhaltet keine Glasfasern, wovon 1,7 Millionen Tonnen allein für Verbundstoffe gebraucht wurden.[51]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Faser – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Fabia Denninger, Elke Giese, Herbert Ostertag, Alfons Hofer (bis 7. Auflage): Textil- und Modelexikon. 2 Bände: Band 1: A–K und Band 2: L–Z, 8. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2006, ISBN 3-87150-848-9.
  • Jürgen Dispan: Chemiefaserindustrie in Deutschland. Branchenreport 2015. (= IMU-Informationsdienst. 2/2015). Stuttgart 2015, ISBN 978-3-934859-49-4.
  • Alfons Hofer: Stoffe 1. Textilrohstoffe, Garne, Effekte. 7. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 1992, ISBN 3-87150-366-5, S. 228–251.
  • A. R. Bunsell, P. Schwartz: Handbook of Tensile Properties of Textile and Technical Fibres. Woodhead, 2008, ISBN 978-1-4398-0145-1.
  • A. R. Horrocks, S. C. Annand (Hrsg.): Handbook of Technical Textiles. Woodhead Publishing, Cambridge 2000, ISBN 1-85573-385-4.
  • Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5.
  • Peter Eyerer, Thomas Hirth, Peter Elsner (Hrsg.): Polymer Engineering. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-72402-5.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Günter Schnegelsberg: Handbuch der Faser – Theorie und Systematik der Faser. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 1999, ISBN 3-87150-624-9, S. 504.
  2. Anton Schenek: Lexikon Garne und Zwirne: Eigenschaften und Herstellung textiler Fäden. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2006, ISBN 3-87150-810-1, S. 149.
  3. Chokri Cherif (Hrsg.): Textile Werkstoffe für den Leichtbau. Techniken - Verfahren - Materialien - Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-17991-4, S. 14.
  4. Wolfgang Bobeth (Hrsg.): Textile Faserstoffe. Beschaffenheit und Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 1993, ISBN 3-540-55697-4. (Übersicht, hinterer Vorsatz)
  5. a b DIN 60001-1: 2001-05 Textile Faserstoffe – Teil 1: Naturfasern und Kurzzeichen. Beuth Verlag, Berlin 2001, S. 2.
  6. a b c d e f g h i j k DIN EN ISO 6938: 2015-01 Textilien - Naturfasern - Gattungsnamen und Definitionen. Beuth Verlag, Berlin 2015, S. 4.
  7. Anton Schenek: Naturfaser-Lexikon. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2001, ISBN 3-87150-638-9, S. 105.
  8. DIN EN ISO 6938: 2015-01, Beuth Verlag, Berlin 2015, S. 10.
  9. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 50.
  10. Anton Schenek: Lexikon Garne und Zwirne - Eigenschaften und Herstellung textiler Fäden. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2006, ISBN 3-87150-810-1, S. 76.
  11. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 7–18.
  12. Walter Loy: S. 33.
  13. Fabia Denninger, Elke Giese: Textil- und Modelexikon. Band: A–K, 8. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2006, ISBN 3-87150-848-9, S. 355.
  14. Walter Loy: S. 31.
  15. Walter Loy: S. 31.
  16. Walter Loy: S. 110.
  17. Walter Loy: S. 83.
  18. Walter Loy: S. 54.
  19. Walter Loy: S. 61.
  20. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 183.
  21. Walter Loy: S. 82.
  22. Günter Schnegelsberg: Handbuch der Faser – Theorie und Systematik der Faser. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main, 1999, ISBN 3-87150-624-9, S. 151.
  23. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 16.
  24. Walter Loy: S. 110.
  25. Paul Schlack: Aktuelle Fragen der Chemiefasern in Forschung und Entwicklung. Lenzinger Berichte, Folge 15, Oktober 1963, S. 8–13, online (PDF; 1,07 MB), auf lenzing.com, abgerufen am 6. Februar 2017.
  26. Alois Kießling, Max Matthes: Textil-Fachwörterbuch. Fachverlag Schiele & Schön, Berlin 1993, ISBN 978-3-7949-0546-1, S. 297 bzw. 302.
  27. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 15.
  28. Walter Loy: S. 111.
  29. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 132.
  30. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 15.
  31. Walter Loy: S. 117.
  32. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 176f.
  33. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 16.
  34. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 233.
  35. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 15.
  36. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 72.
  37. DIN EN ISO 2076: 2014-03, Textilien - Chemiefasern - Gattungsnamen. Beuth Verlag, Berlin 2014, S. 17.
  38. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. erweiterte Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 72.
  39. Philip M. Cunniff, Margaret A. Auerbach, Eugene Vetter, Doetze J Sikkema: High Performace „M5“ Fiber for Ballistics / Structural Composites. Paper AO-04, Proceedings of the 23rd. Army Science Conference, Orlando (FL), 2002, online (PDF; 1,23 MB), auf web.mit.edu, abgerufen am 29. Januar 2017.
  40. Wolfgang Bobeth (Hrsg.): Textile Faserstoffe. Beschaffenheit und Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 1993, ISBN 3-540-55697-4, S. 13.
  41. American Association of Textile Chemists and Colorists: AATCC Technical Manual. (2005), Band 80, Library of Congress Catalog Number 54-34349, online auf academia.edu, abgerufen am 6. Februar 2017.
  42. W. E. Morton, J. W. S. Hearle: Physical Properties of textile fibers. 4. Auflage, Woodhead, Cambridge 2008, ISBN 978-1-84569-220-9, S. 33–57, S. 134–137.
  43. Lisa Yount: Forensic science: from fibers to fingerprints - Milestones in discovery and invention. Chelsea House, 2007, ISBN 978-0-8160-5751-1.
  44. Handelsblatt: Die Welt in Zahlen. Scherz, 2005, ISBN 978-3-5021-5049-7.
  45. Man-Made Fiber Yearbook 2007. IBP International Business Press Publishers, ISSN 1434-3584
  46. H.-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon. 12. Auflage, Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008.
  47. Recycle it! Krones Magazin, 03/2012, S. 16, auf docplayer.org, abgerufen am 28. Januar 2017.
  48. M. Carus u. a.: Studie zur Markt- und Konkurrenzsituation bei Naturfasern und Naturfaser- Werkstoffen (Deutschland und EU). (PDF; 3,9 MB).
  49. a b c d The Fiber Year 2011. (Memento vom 30. Januar 2013 im Webarchiv archive.is) auf oerlikontextile.com.
  50. Statistik auf faostat.fao.org.
  51. Louis Pilato: Phenolic Resins: A Century of Progress. Springer, Berlin/ Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-04713-8, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.