Faserwerkstoff

Eine Faser ist ein im Verhältnis zur Länge dünnes und flexibles Gebilde. Fasern können keine Druck-, sondern nur Zugkräfte aufnehmen, da sie bei Druckbelastung knicken. In Natur und Technik kommen Fasern meist in einem größeren Verbund vor, sie bilden eine bestimmte Struktur.

Fasern kommen in Natur und Technik häufig vor, da zwei Phänomene zu beobachten sind:

• Eine Struktur aus Fasern ist fester und häufig steifer als eine Konstruktion der gleichen Form aus dem kompakten Werkstoff "aus dem Vollen".
• Zwei Fasern sind zusammen verdreht stärker als beide einzeln.

Fasern grenzen sich von Stäben wegen ihrer mangelnden Knicksteifigkeit ab, von Drähten unterscheidet sie der geringere Durchmesser.

Einteilung

Fasern können nach ihrer Herkunft, Länge, Beschaffenheit oder auch ihrer Verwendung eingeteilt werden. Fasern begrenzter Länge sind Stapelfasern, im Prinzip unendlich lange Fasern Filamente bzw. Endlos-Fasern. Gerade im deutschsprachigen Raum herrscht eine gewisse Verwirrung um Ausdrücke. DIN 60000 und 60001 führen den Begriff Chemiefaser an Stelle des englischen Ausdrucks man-made fibre ein. Diese Übersetzung ist problematisch, da der Mensch auch rein physikalische Effekte zur Herstellung von Fasern ausnutzen kann (Beispiel Glasfasern). Der Ausdruck Chemiefaser sollte auch daher nicht verwendet werden, da alle Fasern eine chemische Zusammensetzung haben. So besteht Baumwolle etwa aus Zellulose – genau wie die vom Menschen hergestellte Viskose.

An dieser Stelle sollen die Fasern daher in Naturfasern und Kunstfasern (engl.: man-made fibres) eingeteilt werden. Als Kunstfasern sind demnach sowohl Fasern aus nativen (pflanzlichen oder animalischen) wie auch synthetischen Polymeren zu verstehen.

Diese Einteilung ist an ISO 6938 und 2076 angelehnt.

Eigenschaften von Fasern können durch die unterschiedliche qualitative (Brennprobe) und quantitative Methoden bestimmt oder gemessen werden. Bei der Brennprobe wird die Flamme (Rußentwicklung), der Geruch, der pH-Wert des Rauchs und die Konsistenz des Rückstands beobachtet. Mit quantitativen Messungen wird zum Beispiel Zugfestigkeit oder der Elastizitätsmodul bestimmt.

Naturfasern

Hauptartikel: Naturfaser Als Naturfasern werden alle Textilfasern und Faserwerkstoffe bezeichnet, die ohne chemische Veränderung aus pflanzlichem und tierischem Material gewonnen werden. Sie sind damit abzugrenzen von Chemiefasern, die synthetisch hergestellt werden. Auch die Regeneratfasern, die auf Zellulose als Material aus nachwachsenden Rohstoffen basieren, werden nicht als Naturfasern eingestuft.

Pflanzenfasern

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.

Pflanzenfaser ist ein Sammelbegriff für Fasern pflanzlicher Herkunft, die als Material verwendet werden. Es folgt eine Liste mit der gültigen Kurzbezeichnung nach DIN 60001-1:

• Samenfasern
  • Baumwolle (CO) aus den Samenhaaren der Frucht der Baumwollpflanze
  • Kapok (KP) aus dem Inneren der Kapselfrucht des echten Kapokbaumes
  • Pappelflaum (n.n.)
• Bastfasern
  • Bambusfaser (n.n.)
  • Brennnessel, siehe auch Fasernessel
  • Hanffaser (HA)
  • Jute (JU)
  • Leinen (LI) aus der Flachspflanze
  • Ramie (RA)
• Hartfasern
  • Holzfasern – werden heute zu Platten verpresst
  • Blattfasern
    • Sisal (SI) aus Agaven-Blättern
    • Abacá (Manilahanf), Hartfaser aus den Blättern einer Bananenart
• Fruchtfasern
  • Kokos (CC) aus der Fruchthülle der Kokospalmenfrüchte

Daneben werden auch verschiedene Binsengräser, gespaltener Bambus und andere Pflanzen als Faserstoff verwendet.

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 Hauslabjoch, vulgo „Ötzi“, sein.

Fasern tierischen Ursprungs

Bei Tieren bilden die Haarfollikel Fasern. Ausnahmen sind Seidenfasern von der Verpackung verpuppter Seidenraupen und Muskelfasern, quasi-zelluläre kontraktile Bestandteile des Muskels. Fasern die sich textil nutzen lassen sind:

• Wollen und feine Tierhaare
  • 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 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.

• Grobe Tierhaare
  • Ziegenhaar (HZ)
  • Rinderhaar (HR) Hier haben vor allem die Haare des Yaks eine textile Bedeutung.
  • Rosshaar (HS) ist sehr grob und wurde früher als Polster und Füllung von Matratzen verwendet.

• Seiden
  • Maulbeerseide (SE) (Zuchtseide) wird aus dem Kokon des Maulbeerspinners, der Seidenraupe gewonnen.
  • Tussahseide (ST) (Wildseide) wird aus dem von Bäumen und Sträuchern gesammelten Kokon des wildlebenden Tussahspinners hergestellt. Da hier der Schmetterling meist ausgeschlüpft ist, sind die Fasern kürzer und nicht abhaspelbar. Eine Zucht des Tussahspinners ist bisher nicht gelungen.
  • Muschelseide besteht aus den Byssusfäden von Muscheln, die sich damit am Meeresboden festhalten können. Die Fasern sind um ein vielfaches feiner als Seide und wegen der aufwändigen Gewinnung sehr begehrt und wertvoll.

Mineralfasern geologischen Ursprungs

Mineralfasern (Fasern ohne organisch gebundenen Kohlenstoff) kommen natürlich praktisch nur in dieser Form vor:

• Asbest (AS) wurde wegen der hohen Temperaturbeständigkeit im letzten Jahrhundert vor allem in der Bauindustrie eingesetzt. Sie hat keine textile Bedeutung und ihr Einsatz ist heute weitgehend verboten.
• Fasergips

Chemiefasern (früher: Kunstfasern), man-made fibres

Es existiert eine sehr große Anzahl Handelsnamen und ehemaliger Handelsnamen, die durchwegs bekannter sind als ihre chemische Zusammensetzung. Die meisten Chemiefasern sind Polymere:

Fasern aus natürlichen Polymeren

• Zellulosische Fasern
  • Viskose (CV) wird nach dem Viscoseverfahren aus reiner Zellulose, hauptsächlich aus Buchen- und Pinienholz oder Eukalyptus gewonnen, 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.
  • Acetat (CA) wird im Trockenspinnverfahren aus in Aceton gelöstem Zelluloseacetat ersponnen (siehe Acetat-Fasern)
  • Triacetat (CTA) wird ebenfalls aus Zelluloseacetat hergestellt, hier wird jedoch in Dichlormethan gelöst.
  • Papierfasern (PI)
  • Bambusfasern Regenerat (n.n.)
  • Cellulon

• Gummifasern
  • Gummi

• Pflanzeneiweißfasern
• Tiereiweißfasern
  • Kasein, Handelsnamen Lanital, Tiolan, Aralac

Fasern aus synthetischen Polymeren

• Polykondensationsfasern
  • Polyester (PES), meist Polyethylenterephthalat (PET), Handelsnamen Diolen, Trevira etc., zeigen vielseitige Eigenschaften und nehmen deshalb eine Spitzenposition unter den synthetischen Fasern ein. Die Polyesterfaser ist sehr reiß- und scheuerfest und nimmt kaum Feuchtigkeit auf.
  • Polyamid (PA), Handelsnamen Nylon, Perlon, Dederon, ist sehr elastisch und knittert wenig. Polyamid lässt sich durch Hitze dauerhaft verformen, dies wird beim Thermofixieren ausgenutzt.
  • Polyimid (PI), Handelsname P84, Hochtemperaturkunstfaser, Einsatz in technischen Textilien, zum Beispiel Filtermedien.
  • Polyamidimid (PAI), Handelsname Kermel
  • Polyphenylensulfid (PPS), Handelsnamen Procon, Torcon, Nexylen etc., zeigt eine gute Temperatur- und hervorragende Chemikalienbständigkeit, Einsatz in technischen Textilien, zum Beispiel Filtermedien.
  • Aramid, Handelsnamen Kevlar, Nomex, Twaron, hat eine sehr hohe Reißfestigkeit und wird für technische Textilien, zum Beispiel in schusssicheren Westen, benutzt.

• Polymerisationsfasern
  • Polyacrylnitril (PAN), Handelsnamen Dralon, Orlon etc., weist einen wollähnlichen Griff und gute Licht- und Chemikalienbeständigkeit auf. Es ist neben Pech ein wichtiges Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kohlenstofffasern. Polyacrylnitril wird auch zur Herstellung von Hohlfasern für die Membrantechnik verwendet.
  • Polytetrafluorethylen, Handelsnamen Teflon, Toyoflon, Profilen, Rastex etc., ist temperaturbeständig, chemisch weitgehend inert, wasserabweisend und kaum färbbar. Der Einsatz als Faser erfolgt hauptsächlich in technischen Textilien. Es wird auch als Folie mit Mikroöffnungen - beispielsweise in Wetterschutzbekleidung, Handelsname Gore-Tex oder laminiert auf Filtermedien, Handelsnamen Tetratex, Pristyne etc. - verarbeitet.
  • Polyethylen (PE), Handelsname Dyneema, asota
  • Polypropylen (PP), Handelsnamen z.B. Polycolon, asota, leichteste Textilfaser überhaupt, mit guter Scheuerfestigkeit und praktisch keiner Wasseraufnahme, durch Kochfestigkeit gute Pflegeeigenschaften, elastisch, im Sportfunktions- und Unterwäschebereich, Geotextil, Teppich, Automobiltextilien häufig eingesetzt.
  • Polyvinylchlorid (Bei Fasern CLF sonst PVC) ist gut warmhaltend und wird für Rheumawäsche eingesetzt.

• Polyadditionsfasern
  • Polyurethan (EL) als Elastomer (Elasthan bzw. Spandex), Handelsnamen Lycra und Dorlastan. Elasthan besteht aus mindestens 85% 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. Elastodien hat für den textilen Einsatz praktisch keine Bedeutung.

Anorganische Chemiefasern

• Glasfasern (GF) sind nur sehr wenig 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 sie 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 technische 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), 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) 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 (engl. nanotubes). Sie besitzen sehr hohe Festigkeiten und sind noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Die NASA untersucht derartige Fasersysteme zum Bau von Weltraumliften.

Die größten Kunstfaserproduzenten

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

Die wichtigsten Produzenten für Kunstfasern

Die größten Kunstfaserproduzenten weltweit (2001)
Quelle: Handelsblatt Die Welt in Zahlen (2005)

Rang	Land	Produktion (in Tsd. t)	Rang	Land	Produktion (in Tsd. t)
1	China	7905	8	Thailand	838
2	Taiwan	3105	9	Deutschland	800
3	USA	2744	10	Türkei	672
4	Südkorea	2381	11	Mexiko	555
5	Indien	1681	12	Italien	550
6	Japan	1347	13	Russische Föd.	423
7	Indonesien	1289	14	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 ^{[1] [2]}.

Fasermischungen

Es ist heute üblich, für textile Anwendungen Fasern zu mischen. Ziel ist immer, ein Garn 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.

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

Textile Eignung

Nach dem Textilkennzeichnungsgesetz (TKZ) 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.

Kunstfasern 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.

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.

Textilfaserverbrauch

Im Jahr 2004 wurden insgesamt ca. 73 Millionen Tonnen Textilfasern produziert (11 Kg / Weltbewohner). Davon:

Anteile am Textilfaserverbrauch 2004
Rang	Gruppe	Höchste Anteile	%
1	Baumwolle	China, USA, Indien	35 [1]
2	Filamente	PES, PA, PP, GF,	30 [2]
3	Chemische Stapelfasern	PES, PAN, CV	24 [3]
4	Sonst. pflanzl. Fasern	JU, LI, CC, SI	7 [4]
5	Tierische Fasern	WO, WL, WK, WM	4 [5]

Der Gesamtverbrauch ist von 1994 bis 2004 um 60 % gestiegen, davon Chemiefasern um ca. 80 und Baumwolle um 40 %, während der Verbrauch von sonstigen Naturfasern insgesamt stagnierte.

Internationale Kurzzeichen für Textilfasern

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	Elastoiden	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	WO
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 Kurzeichen für Deutschland in der DIN 60001-1 festgelegt.

Quellen

1. ↑ Man-Made Fiber Yearbook 2007, IBP International Business Press Publishers GmbH, ISSN 1434-3584
2. ↑ H.-J. Koslowski, Chemiefaser-Lexikon, 12. Auflage 2008, Deutscher Fachverlag GmbH, Frankfurt/M.

Weblinks

• Industrievereinigung Chemiefaser e. V. (IVC)
• Stofflexikon
• Lexikon der textilen Raumausstattung - Rubrik Chemiefasern
• Lexikon der textilen Raumausstattung - Rubrik Naturfasern
• Chemie der Textilfaser (pdf-Datei; 344 KB)
• http://www.cirfs.org/frames_03_09.htm
• http://skripta.ft.tul.cz/list_pre.cgi?predmet=5&skripta=18&pro=
• http://www.fibre2fashion.com/news/company-news/saurer/newsdetails.aspx?news_id=6351
• Denninger F., Giese E., Ostertag H.: Textil- und Modelexikon, Deutscher Fachverlag Frankfurt/Main 2006, ISBN 3-87150-848-9
• Alfons Hofer, Stoffe : 1. Textilrohstoffe, Garne, Effekte, str. 228-251, 7. völlig überarbeitete Auflage, Frankfurt/ Main : Deutscher Fachverlag, 1992, ISBN 3-87150-366-5