Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung

Seit der ersten Auflage dieses Referenzwerks gab es sowohl im Bereich der Herstellung als auch Anwendung von Vliesstoffen eine Reihe innovativer Neuerungen, und die weltweite Vliesstoffproduktion hat sich nahezu verdoppelt.

Diesen Entwicklungen wird in der zweiten, komplett überarbeiteten Auflage Rechnung getragen und vermittelt allen Vliesstoff-Interessierten - vom Polymerchemiker bis zum Anwender - ein vertieftes Verständnis dieses dynamischen Gebiets. Neben neuen Herstellungsverfahren wie Meltblown, Nanoval, Airlaid, Elektrospinnen sowie Ultraschallverfestigung wurden auch die verschiedenen Verfahren zur Oberflächenmodifizierung, Konfektionierung und zum Recycling von Vliesstoffen mit aufgenommen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt bei Vliesstoffen für technische Anwendungen wie Isolation, Schutztextilien und Filtern. Ein separater Abschnitt über Prüfverfahren für Rohstoffe, Zwischen- und Endprodukte erhöht den Wert als unentbehrliches Nachschlagewerk.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Wiley
• Erscheinungsdatum: 8. Nov. 2012
• ISBN: 9783527645886

Buchvorschau

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Vorwort zur 1. Auflage

Liste der Autoren

0 Einführung

0.1 Definition und Einsatz von Vliesstoffen

0.2 Kurzer Überblick zu den Vliesstoffproduktionsprozessen

0.3 Entwicklung der Vliesstoffindustrie

0.4 Trendanalyse

0.5 Zusammenfassung und Ausblick

Teil I: Rohstoffe

1 Faserstoffe

1.1 Naturfasern

1.2 Chemiefasern

1.3 Reißfasern

2 Andere Rohstoffe

2.1 Fluff-Zellstoff

2.2 Granulate

2.3 Pulver

2.4 Superabsorber¹)

2.5 Präparationen

3 Bindemittel

3.1 Einleitung

3.2 Bindeflüssigkeiten

3.3 Bindefasern

Teil II: Herstellungsverfahren für Vliesstoffe

4 Trockenverfahren

4.1 Faservliese

4.2 Extrusionsvliesstoffe

5 Nassverfahren

5.1 Verfahrensprinzip

5.2 Rohstoffe und Faservorbereitung

5.3 Aufbau von Nassvliesanlagen

5.4 Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesstoffen aus natürlichen Polymeren

6 Vliesverfestigung

6.1 Vernadelungsverfahren

6.2 Maschenbildungsverfahren

6.3 Verwirbelungsverfahren

6.4 Thermische Verfahren

6.5 Chemische Verfahren

6.6 Verbundstoffe

7 Mechanische und chemische Ausrüstung von Vliesstoffen

7.1 Schrumpfen

7.2 Stauchen und Kreppen

7.3 Glätten, Kalandern, Pressen

7.4 Perforieren, Schlitzen, Brechen

7.5 Spalten, Schleifen, Velourieren, Scheren, Rauen

7.6 Sengen

7.7 Nähen, Steppen, Schweißen

7.8 Sonstige mechanische Ausrüstungsverfahren

7.9 Waschen

7.10 Färben

7.11 Drucken

7.12 Appretieren, Weichmachen, Spezialeffekte

7.13 Beschichten

7.14 Kaschieren

7.15 Beflocken

7.16 Neue Verfahren und Produkte

Teil III: Konfektionen von Vliesstoffen

8 Konfektion von Fertigprodukten

8.1 Begriffe und Definitionen

8.2 Produktentwicklung

8.3 Produktionsvorbereitung

8.4 Produktion

8.5 Verpacken

8.6 Mechanisierung und Automatisierung

Teil IV: Eigenschaften und Anwendung der Vliesstoffe

9 Hygieneerzeugnisse

9.1 Inkontinenzprodukte (Windeln)

9.2 OP-Textilien

9.3 Bereichs- und Berufsbekleidung

9.4 Antimikrobiell ausgerüstete Vliese

9.5 Damenhygieneprodukte (Binden, Tampons)

10 Vliesstoffe für Medizin

10.1 Gesetzliche Grundlagen

10.2 Einwegtextilien oder Mehrwegtextilien

10.3 Vliesstoffe für Medizinprodukte

10.4 Weiterentwicklung

11 Vliesstoffe für Reinigungsprodukte und Oberflächenpflege

11.1 Marktsituation

11.2 Nass- und Feuchtreinigungsprodukte

11.3 Trocken- und Feuchtreinigungsprodukte

11.4 Scheuermedien

12 Vliesstoffe für Heimtextilien

12.1 Vliesstoffe in Polstermöbeln

12.2 Vliesstoffe in Matratzen

12.3 Vliesstoffe in Fußbodenbelägen

12.4 Vliesstoffe als Dekorationsmaterialien

12.5 Tuftingträger

13 Vliesstoffe für Bekleidung

13.1 Einlagevliesstoffe

13.2 Vliesstoffe für Schutzkleidung

13.3 Trägervliesstoffe für Schuhe

14 Vliesstoffe für technische Anwendungen

14.1 Isolation

14.2 Filtration

14.3 Bauwesen

14.4 Landwirtschaft

14.5 Fahrzeugindustrie

14.6 Papiermaschinenbespannungen

14.7 Simulation von Vliesstoffeigenschaften

15 Verwertung von Vliesstoffen

15.1 Produktionsabfälle aus der Vliesstoffherstellung

15.2 Vliesstoffabfälle nach dem Gebrauch

15.3 Verwertungsmöglichkeiten für Vliesstoffabfälle

Teil V: Richtlinien und Prüfverfahren für Vliesrohstoffe und Vliesstoffe

16 Prüfverfahren

16.1 Allgemeine Grundlagen

16.2 Vliesrohstoffe

16.3 Vliesstoffe

16.4 Einsatzbezogene Prüfverfahren

17 Qualitätsüberwachungs- und Qualitätssicherungssysteme für Produkte, Maschinen und Anlagen

18 Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Vliesstoffindustrie

Index

Beachten Sie bitte auch weitere interessante Titel zu diesem Thema

Mascia, L.

Polymers in Industry from A to Z

A Concise Encyclopedia

2012

Hardcover

ISBN: 978-3-527-32964-9

Thomas, S. Joseph, K. Malhotra, S. K.,

Goda, K. Sreekala, M. S. (Hrsg.)

Polymer Composites

Volume 1

2012

Hardcover

ISBN: 978-3-527-32624-2

3 Volume Set

2013

Hardcover

ISBN: 978-3-527-32985-4

Isayev, A. I. (Hrsg.)

Encyclopedia of Polymer Blends

Series: Encyclopedia of Polymer Blends

Hardcover

Volume 1: Fundamentals

2010

978-3-527-31929-9

Volume 2: Processing

2011

978-3-527-31930-5

Janssen, L., Moscicki, L. (Hrsg.)

Thermoplastic Starch

A Green Material for Various Industries

2009

Hardcover

ISBN: 978-3-527-32528-3

Wiley-VCH (Hrsg.)

Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry

7th Edition in Print

2011

Ledereinband

ISBN: 978-3-527-32943-4

Herausgeber

Prof. Dr.-Ing. Hilmar Fuchs

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Prof. Dr. Wilhelm Albrecht †

42115 Wuppertal

Redaktionelle Bearbeitung

Romy Naumann

Sächsisches Textilforschungsintitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

2. vollständig überarbeitete Auflage 2012

Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.

© 2012 Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.

Print ISBN: 978-3-527-31519-2

ePDF ISBN: 978-3-527-64589-3

ePub ISBN: 978-3-527-64588-6

mobi ISBN: 978-3-527-64587-9

oBook ISBN: 978-3-527-64586-2

Satz Reemers Publishing Services GmbH, Krefeld

Druck und Bindung betz-druck GmbH, Darmstadt

Umschlaggestaltung Adam-Design, Weinheim

Geleitwort

Herzlichen Glückwunsch, lieber Leser, zum Erwerb dieses Vliesstoff-Handbuchs! Behandeln Sie es gut, denn die erste Ausgabe dieses Handbuchs war nach 5 Jahren bereits vergriffen und die verkauften Exemplare wurden unter Experten stellenweise wie Gold gehandelt.

Vliesstoffe begeistern bis heute! Was in den 1940er Jahren als einfaches Substitutionsprodukt begann, ist heute zu einer hochentwickelten Branche mit einer atemberaubenden Vielzahl von technischen Optionen und Anwendungen gewachsen. Fast 6 Mio. Tonnen Vliesstoff wurden dieses Jahr weltweit produziert und verarbeitet. Für die kommenden 10 Jahre wird das Wachstum der Branche auf weltweit 7–9 % p. a. geschätzt, d. h. wir erwarten eine weitere Verdoppelung des Vliesstoff-Produktionsvolumens bis 2020. Gerade in boomenden Bereichen wie Energieerzeugung, Medizintechnik, Filtration und Trinkwasserversorgung können Vliesstoffe wertvolle Beiträge leisten.

Dieses Handbuch möge Vliesstoff-Herstellern, -Anwendern, -Maschinenbauern, -Studierenden und vielen weiteren Vliesstoff-Interessenten ein vertieftes Wissen über die kompletten Wertschöpfungsprozesse der Vliesstoffe geben. Neben wertvollem Basiswissen sollen auch Anregungen für zukünftige Innovationen in Vliesstoffen gegeben werden.

Innovationen in Vliesstoffen sind unerlässlich! Alternative Verfahren wie Gewebe, Gewirke, Papier, usw. haben in den letzten Jahren an einigen Stellen Vliesstoffe wieder zurückgedrängt – es ist also Zeit für neue Innovationen in Vliesstoffen! Dieses Handbuch zeigt die Richtung: Neue Fasern können neue Anwendungen eröffnen. Neue Maschinenkomponenten können Qualität und Produktivität signifikant weiter erhöhen. Neue Vliesverfestigungsverfahren können ganz neue Materialeigenschaften hervorbringen. Neue Ausrüstungsprozesse können die Zahl der Anwendungsfelder von Vliesstoffen weiter vervielfachen. Vliesstoffe werden uns also auch in Zukunft weiter begeistern!

In diesem Sinne gratuliere ich den Verfassern, den Autoren und dem Verlag zu dieser überarbeiteten zweiten Auflage und wünsche allen Beteiligten, einschließlich Ihnen, lieber Leser, viel Freude und viel Erfolg mit „Vliesstoffen"!

Herzlich

Ihr

ffirs2_image001.png

Heino Freudenberg¹)

Weinheim, 25.10.2011

1) Dr. Heino Freudenberg (42) ist Geschäftsleiter der Freudenberg Vliesstoffe KG, Weinheim

Vorwort

Infolge der außerordentlich schnellen technologischen und anlagentechnischen Entwicklung in den letzten zwei Jahrzehnten vor der Jahrtausendwende erschien im Jahre 2000 die erste Auflage dieses Fachbuches in deutscher und 2003 in englischer Sprache. Die Herausgabe erfolgte durch den Verlag Wiley-VCH bei fachlicher Koordinierung durch das Sächsische Textilforschungsinstitut e. V. Chemnitz (Herausgeber: Wilhelm Albrecht, Hilmar Fuchs, Walter Kittelmann). Das Fachbuch fand eine sehr gute Aufnahme in der Industrie, in Universitäten und Hochschulen und bei den Mitarbeitern der europäischen Textilforschungs-institute.

Nach fünf Jahren war die Auflage vergriffen und es stellte sich die Aufgabe, eine zweite überarbeitete Auflage zu erstellen. In dankenswerter Weise hat der Verlag Wiley-VCH diese Aufgabe wieder übernommen. An der ersten Auflage waren über 50 Autoren beteiligt. Die zweite Auflage wurde von ebenso vielen Autoren erarbeitet, wobei 20 neue Mitwirkende gewonnen werden konnten. Das Grundprinzip der Autorenauswahl bestand, wie auch bereits bei der ersten Auflage, darin, dass die Beiträge von den Vliesstofffachleuten geschrieben werden, die in den Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen im engeren Sinne auf diesen Gebieten arbeiten. Damit konnte gewährleistet werden, dass hochaktuelles Primärwissen dargestellt wird. Den Autoren und ihren Helfern danken wir für Ihr großes Engagement bei der Erarbeitung der Beiträge in hoher Qualität.

In der zweiten Auflage wurden wesentliche Neu- und Weiterentwicklungen der Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Vliesstoffen berücksichtigt, die seit Erscheinen der ersten Auflage in die Industrie Eingang gefunden haben und die Forschungsgegenstand sind. Einige Abschnitte wurden hinzugefügt, andere völlig neu erarbeitet oder überarbeitet. Auch Textstraffungen waren an einigen Stellen erforderlich.

Besonderer Dank gilt unserer Lektorin Frau Dr. Heike Nöthe vom Verlag Wiley-VCH für ihre kompetente Unterstützung, ihr Verständnis für Autoren und Herausgeber und ihre konstruktive Mitwirkung in allen Fragen, die bei der Zusammenarbeit mit so vielen Beteiligten auftreten. Seitens des Sächsischen Textilforschungsinstituts e. V. wurde die Herausgabe der zweiten Auflage sehr intensiv unterstützt. Besonderer Dank gilt Frau Romy Naumann, die die Kapitel redaktionell überarbeitete. In hohem Maße hat der Geschäftsführende Direktor des STFI e. V. Herr Dipl.-Ing.-Ök. Andreas Berthel die Arbeiten am Fachbuch „Vliesstoffe" gefördert. Wertvolle Unterstützung erfuhren die Herausgeber von Frau Dipl.-Ing. Sigrun Adler bei der graphischen Gestaltung der Abbildungen, von Frau Gudrun Komondi und Herrn Dr. Ing. Walter Kittelmann. Die Herausgeber bedanken sich dafür ausdrücklich, denn ohne diese wichtigen Mitwirkungen wäre die Fertigstellung des Fachbuches nicht möglich gewesen.

Die vielfältigen technologischen Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen und der Maschinenbau für Vliesstoffanlagen bilden zusammen mit den Arbeiten zu Produktentwicklungen eine Einheit. Die Herstellung von Vliesstoffen ist Hauptbestandteil der Branche Technische Textilien, die in Europa je nach Region bis zu 50 % der Textilproduktion ausmacht. Wir wünschen den Lesern viel Erfolg bei ihrer Aus- und Weiterbildung sowie der Forschung auf dem Gebiet der Verfahrens-, Anlagen- und Produktentwicklung von Vliesstoffen. Möge die zweite Auflage dieses Fachbuches dabei hilfreich sein.

Chemnitz im Sommer 2012

Hilmar Fuchs

Wilhelm Albrecht

Vorwort zur 1. Auflage

Vor 20 Jahren hat das Hand- und Fachbuch „Vliesstoffe" in der Textilwelt freundliche Aufnahme gefunden. In ihm hatten über 20 Autoren die einschlägigen Rohstoffe, ihre Verarbeitung zu dem weitgefächerten Vliesstoffangebot, die Eigenschaften der Erzeugnisse und die Prüfverfahren zu ihrer Ermittlung ausführlich beschrieben. Das Buch wurde von der Praxis, Lehre und Entwicklung gleichermaßen oft und gern benutzt. Nachdem sich inzwischen die Vliesstoffindustrie nicht nur mengenmäßig, sondern vielmehr noch mit ihrer Produktvielfalt wesentlich erweitert hat und der dafür eingesetzte Maschinenpark sowie die Roh- und Hilfsstoffe weiterentwickelt wurden, überraschte die Anregung nicht, das Buch dem gegenwärtigen Stand der Technik anzupassen und neu aufzulegen. Dazu war es nach so langer Zeit notwendig, wieder ein Team von Mitarbeitern zu gewinnen, das mit der heutigen Lage der Vliesstoffindustrie und ihrer ständig weitergehenden qualitativen und quantitativen Entwicklung vertraut ist. Hierbei wurde auch berücksichtigt, dass die Vliesstoffindustrie – wie kaum eine andere – weltweit orientiert ist. Die dadurch sicher nicht einfache Koordination der Arbeiten hat das Sächsische Textilforschungsinstitut in Chemnitz übernommen, das sich bevorzugt mit Fragen der Vliesstoffproduktion und ihrer Weiterentwicklung beschäftigt. Die hier tätigen Mitarbeiter unterhalten auch enge Kontakte zu vliesstofferzeugenden und -verarbeitenden Betrieben sowie den Faserlieferanten, dem einschlägigen Maschinenbau und den Hilfsmittelerzeugern, was sich vielfältig positiv auf die Gestaltung des Buches ausgewirkt hat.

Die Produktionssteigerungen, der sicht- und fühlbare Anstieg der Qualität der Erzeugnisse und die wachsende Produktvielfalt sind herausragende Kennzeichen der Vliesstoffindustrie. Sie sind das Ergebnis von Kreativität und erfolgreicher Zusammenarbeit mit den Roh- und Hilfsstofflieferanten sowie dem Maschinenbau. Dieser Verbund gewährleistet auch die Weiterentwicklung der Produkte, die noch keineswegs abgeschlossen ist. Sie steht nach wie vor unter den Leitmotiven Funktionalität der Erzeugnisse und Resourcenschonung im weitesten Sinne. Dazu bedarf es eines noch engeren Zusammenrückens aller Beteiligten. Die Herausgeber haben sich darüber Gedanken gemacht und in dem abschließenden Buchabschnitt „Ausblick" einige Möglichkeiten und Ziele zusammengestellt. Auch das ist ein Zeichen für das Potential, über das die Vliesstoffindustrie noch verfügt. Zu seiner erfolgreichen Erschließung soll das vorliegende Buch einen angemessenen Beitrag leisten.

Als besonderer Glücksumstand für die Er- und Bearbeitung der Manuskripte erwies sich, dass einem von uns die notwendige Zeit und auch die entsprechenden Möglichkeiten zur Vorbereitung dieses Hand- und Fachbuches zur Verfügung standen. Dazu gehörten auch die vielen fachbezogenen Gespräche mit den Autoren der einzelnen Abschnitte und ihre Koordinierung. Hilfe und Interesse für dieses Buch haben wir auch beim Wiley-VCH Verlag gefunden, der zusätzlich noch eine Ausgabe in englischer und chinesischer Sprache besorgen wird. Der Lektorin, Frau Dr. Böck, möchten wir für viele gute Ratschläge danken; dazu gehört auch die Aufnahme von Anzeigen von Firmen, die der Vliesstoffindustrie helfen, die Qualität ihrer Produkte zu sichern und ihre Weiterentwicklung zu fördern. Ihnen allen – den Autoren und Helfern – danken wir für ihr sachkundiges Engagement. Wir wissen nur zu gut, dass es nicht leicht ist, bei der herrschenden Alltagsbelastung sich hinzusetzen und die erbetenen aussagekräftigen Beiträge zu verfassen.

Vliesstoffe nehmen heute einen festen Platz in der Textilwelt ein und erfüllen dabei in hervorragender Form mit ihren maßgeschneiderten Eigenschaften die verschiedensten Anforderungen. Vliesstoffe sind damit nicht nur zeitgemäße Produkte, sondern auch Erzeugnisse, die beweisen, dass es möglich ist, die wachsenden Herausforderungen der Zukunft verantwortungsvoll zu lösen. Wir wünschen den Lesern dieses Buches einen guten Nutzen.

Chemnitz im Frühjahr 2000

Wilhelm Albrecht

Hilmar Fuchs

Walter Kittelmann

Liste der Autoren

Wilhelm Albrecht

ehemals: Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Hans-Claus Assent

Albert-Ludwig-Str. 18

69469 Weinheim

Ralf Bauer

Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V.

Breitscheidstraße 97

07407 Rudolstadt

Elke Beckmann

Thüringisches Institut für Kunststoff-Forschung e.V.

Breitscheidstr. 97

07407 Rudolstadt

Hendrik Beier

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Klaus Bender

EMS-Griltech

Via Innovativa 1

7013 DOMAT/EMS

Schweiz

Lutz Bergmann

La Grange, GA

30241-2189

USA

Siegfried Bernhardt

Spinnbau GmbH

Geschäftsführung

Bernhardtring 2

28777 Bremen

Uta Bernstein

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Walter Best

Genter Straße 3

52351 Düren

Bettina Bieber

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Dieter Blechschmidt

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Peter Böttcher

NONWOVEN-Service

Turgenjewstr. 12

09127 Chemnitz

Margot Brodtka

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Axel Burmeister

Martin Dauner

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik der Deutschen Institute für Textil- u. Faserforschung Denkendorf FB Vliesstoff- und Filamentgarntechnologien

Körschtalstrasse 26

73770 Denkendorf

Johann Ph. Dilo

OSKAR DILO Maschinenfabrik KG

Postfach 1551

Im Hohenend 11

69412 Eberbach

Waldemar Dohrn

Grunewaldstr. 83A

47929 Grefrath

Michael Durst

MANN+HUMMEL Innenraumfilter

GmbH & Co. KG

95482 Gefrees

Peter Ehrler

Bergstr. 19

01069 Dresden

Holger Erth

Textilausrüstung Pfand GmbH

Walkmühlenweg 12

08485 Lengenfeld

Stephan Frerk

Klingenstraße 2

69518 Abtsteinach

Ir.J.J. Frijlink

AKZO NOBEL Nonwovens bv

73 Westervoortsedijk

PO 93 00

6800 SB Arnheim

Niederlande

Hilmar Fuchs

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Rainer Gebhardt

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Robert Groten

Freudenberg Evalon Sárl

20 rue Ampere

68027 Colmar

Frankreich

Bernd Gulich

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Rainer Gutmann

Institut für Chemiefasern der DITF

Körschtalstr. 26

73770 Denkendorf

Jürgen Haase

09130 Chemnitz

Peter Hardt

Hauptstrasse 32

40789 Monheim am Rhein

Marian Hierhammer

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Dirk Höfer

Hohenstein Institut für Textilinnovation gGmbH

Schloss Hohenstein

74357 Boennigheim

Manfred Hunger

Theodor Lessing Str. 3

09112 Chemnitz

Walter Kittelmann

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Ferdinand Leifeld

47906 Kempen

Catrin Lewicki

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Klaus Lieberenz

GEPRO Ingenieurgesellschaft

Caspar-David-Friedrich-Str. 8

01219 Dresden

Iva Macková

Technical University of Liberec

Studentská 2

461 17 Liberec 1

Czech Republic

Matthias Mägel

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Antje Melzer

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Klaus-Peter Mieck

07407 Rudolstadt

Jörg Morgner

Temafa Maschinenfabrik GmbH

An der Zinkhütte 8

51469 Bergisch-Gladbach

Wolfgang Möschler

09126 Chemnitz

Hubert Mrass

INTER Automotive Näher GmbH

Hans-Grüninger-Weg 11

71706 Markgröningen

Ulrich Münstermann

Trützschler Nonwovens GmbH

Wolfsgartenstr. 6

63329 Egelsbach

Heinz Neubauer

Beethovenstr. 10

08468 Reichenbach

Gerald Ortlepp

Thüringisches Institut für Kunststoff-Forschung e.V.

Breitscheidstr. 97

07407 Rudolstadt

Markus Pasternak

Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG

Descostr. 3–9

76307 Karlsbad

Thomas Pfüller

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Helmuth Pill

PILL Nassvliestechnik GmbH

Heilbronner Str. 274

72760 Reutlingen

Norbert Ritter

63329 Egelsbach

Hartmut Rödel

TU Dresden

Institut für Textilmaschinen und Textile

Hochleistungswerkstofftechnik

01062 Dresden

Bernd Rübenach

Trützschler Non Wovens GmbH

Haltener Str. 70

48249 Dülmen

Manfred Sauer-Kunze

GEA Air Treatment GmbH

Südstr. 48

44625 Herne

Manfred Schäffler

86504 Merching

Wolfgang Schilde

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Barbara Schimanz

Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Stefan Schlichter

AUTEFA SOLUTIONS GERMANY GMBH

Paul-Lenz-Str. 1

86316 Friedberg

Elke Schmalz

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Harald Schmidt

Mülheim a.d. Ruhr

Gunter Schmidt

Textil-Service-Schmidt

Finkenweg 22

79312 Emmendingen

Jochen Schreiber

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Jürgen Spindler

EMS-Griltech

Via Innovativa 1

7013 DOMAT/EMS

Schweiz

Ulrich Steinbach

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Konrad Steiner

Fraunhofer Institut für Techno- und

Wirtschaftsmathematik

Fraunhofer-Platz 1

67663 Kaiserslautern

Michael Stoll

Forschungsinstitut für Leder und

Kunststoffbahnen gGmbH (FILK)

Meißner Ring 1–5

09599 Freiberg

Andrea Stoll

Forschungsinstitut für Leder und

Kunststoffbahnen gGmbH (FILK)

Meißner Ring 1–5

09599 Freiberg

Karl-Heinz Stukenbrock

Panoramaweg 25

41334 Nettetal

Ralf Taubner

Max-Wenzel-Str. 51

09127 Chemnitz

Christian Vogel

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Annaberger Str. 240

09125 Chemnitz

Alfred Watzl

Dipl.-Ing. Alfred Watzl

Am Buchrain 38 b

63322 Rödermark

Alexander Wegner

KARL MAYER Malimo

Textilmaschinenfabrik GmbH

Postfach 7 13

09007 Chemnitz

Pierre Wiertz

EDANA

Av Herrmann-Debroux 446

1160 Brüssel

Belgien

Andrea Wiesmann

Johann Borgers GmbH & Co. KG

Borgersstr. 2–10

46395 Bocholt

Jochen Wirsching

Freudenberg Haushaltsprodukte KG

Regional Technical Centre Europe

Höhnerweg 2–4 (B148)

69469 Weinheim

Gustav Wizemann

Groz-Beckert KG

Postfach 10 02 49

72423 Albstadt

Cetin Yasar

Vorwerk & Co. Teppichwerke GmbH & Co. KG

Kuhlmannstr. 11

31785 Hameln

Walter Zäh

KARL MAYER Malimo

Textilmaschinenfabrik GmbH Postfach 7 13

09007 Chemnitz

0

Einführung

Pierre Wiertz, Hilmar Fuchs

Die erste Auflage dieses Buches erschien im Jahr 2000. Hinsichtlich Inhalt und Vollständigkeit war dieses Fachbuch einzigartig. Zum Zeitpunkt des Erscheinens der ersten Auflage wurde infolge der damaligen Börsenkrise die Aufmerksamkeit wieder stark vom Dienstleistungssektor hin zur Realwirtschaft gelenkt.

Die zweite Auflage ist deshalb besonders wertvoll, weil sie einen kompletten Überblick über die Technologien und die Anlagentechnik zur Vliesstoffherstellung bis hin zu klassischen Produkten beinhaltet. So kommt die zweite Auflage 10 Jahre nach der ersten gerade richtig.

Diese Einleitung soll verdeutlichen, dass die industrielle Produktion von Vliesstoffen bereits in der Mitte des 20. Jahrhunderts begann. Handwerkliche Formen der Vliesstoffherstellung existieren aber bereits seit mehreren Jahrhunderten. Das Marktpotential der Vliesstoffe ist strukturbestimmend für das 21. Jahrhundert. Nach Ablauf eines Jahrzehntes des 21. Jahrhunderts, welches eine tiefe Finanzkrise mit weitreichenden Folgen mit sich brachte, ist es an der Zeit, zurück auf die Geschichte der Vliesstoffe zu schauen. Dies ist erforderlich, um zu erkennen, welche Perspektiven sich für diese Industrie ergeben. Diese sind ausgesprochen positiv.

Die Vliesstoffindustrie ist eine faszinierende und einzigartige Industrie, deren Produkte eine Einweg-, Mehrweg- oder Daueranwendung finden. Diese Produkte haben über einen Zeitraum von vier Dekaden grundlegende und sich immer weiter entwickelnde Bedürfnisse in den Industriegesellschaften erfüllt.

Das reale Streben von Milliarden Menschen nach besseren Lebensverhältnissen in vielen Ländern der Erde muss die Vliesstoffindustrie im Rahmen ihrer Möglichkeiten noch befriedigen. Dies ist eine Herausforderung für kommende Generationen von Fachleuten, Ingenieuren, Marktspezialisten und Managern und natürlich auch Politikern. Für diese heranwachsende Generation ist dieses Fachbuch bestimmt. Wir wünschen ihnen alles Gute für ihre berufliche Entwicklung, um eine noch erfolgreichere Zukunft der Vliesstoffindustrie zu gestalten.

0.1 Definition und Einsatz von Vliesstoffen

Pierre Wiertz

EDANA, der internationale Verband der Vliesstoffindustrie, stützt sich zunächst auf eine einfache und kurze Definition:

„Vliesstoffe sind einzigartige, hoch technisierte und konstruierte Flächengebilde aus Fasern oder Filamenten, welche über weite Bereiche von Anwendungen und Produkten eingesetzt werden."

Vliesstoffe sind in hohem Maße innovativ, vielseitig und unentbehrlich. Modernes Leben würde ohne sie buchstäblich unmöglich sein. Es ist im Alltagsleben aber eine Tatsache, dass Vliesstoffe noch zu den unbekannteren Materialien unserer Zeit gehören, aber doch täglich und häufig benutzt werden. Allein oder in Verbindung mit anderen Materialien verwendet, sind Vliesstoffe in einer großen Auswahl an Verbrauchs- und Industrieprodukten mit verschiedenen Eigenschaften verfügbar, einschließlich saugfähiger Hygieneprodukte, Bekleidung, Heimtextilien, Gesundheitspflege, Produkten in Medizintechnik, Baugewerbe, Filtration und Maschinenbau, um nur einige zu nennen. Die Flächengebilde können für eine Einweg- oder Mehrwegnutzung entwickelt werden. Vliesstoffe haben oft spezifische Eigenschaften, die leistungsstark für eine große Auswahl von Anwendungen bereit stehen. Spezielle Funktionen können dabei sein: Absorbierfähigkeit, Flüssigkeitsabweisung, Beweglichkeit, Elastizität, Weichheit, Reißfestigkeit, Flammschutz, Waschbarkeit, Dämpfung, Filtereigenschaften und antibakterielle Wirkung sowie Sterilität. Die vielseitige Verwendbarkeit der Vliesstoffe bedeutet, dass sie innovative, kosteneffektive und manchmal unerwartete Antworten zu zahllosen Herausforderungen liefern können. Spezifische Eigenschaften können erzielt werden, indem man bestimmte Rohstoffe und Technologien auswählt oder indem man die Vliesstoffe mittels Nachbehandlungen wie Drucken, Imprägnieren, Prägen, Tiefziehen oder Laminieren veredelt. Diese Eigenschaften werden häufig kombiniert, um Flächengebilde für einen speziellen Einsatz herzustellen, wobei man eine Balance zwischen Produktlebensdauer und Kosten erzielen muss. Vliesstoffe können das Aussehen, die Beschaffenheit und die Stärke eines Gewebes nachahmen und sie können bauschig sein wie eine dicke Polsterfüllung. In Verbindung mit anderen Materialien bieten sie ein breites Spektrum an Produkten mit verschiedenen Eigenschaften.

Wie bereits oben erwähnt, gibt es eine einfache und kurze Definition. Es ist jedoch erforderlich, eine genauere Definition anzuführen. Vliesstoffe werden offiziell durch die ISO-Norm 9092 und die CEN EN 29092 definiert. Diese zwei Dokumente, die in ihrem Inhalt identisch sind, sind die einzige international bestätigte Definition von Vliesstoffen. Da sich Industrie, Handel und die technologischen Verfahren seit ihrer Publikation im Jahre 1988 weiter entwickelt haben, werden diese Standards heute von ISO-Experten aktualisiert, um besser ausdrücken zu können, was das aktuelle Verständnis eines Vliesstoffs ist. Der folgende Text ist vor kurzem durch die internationale Vliesstofforganisation EDANA und den Nordamerikanischen Vliesstoffverband INDA vorgeschlagen worden.

„Ein Vliesstoff ist ein Flächengebilde aus Fasern, Endlosfilamenten oder geschnittenen Garnen jedweder Natur oder jedweden Ursprungs, die in ein Vlies geformt und verfestigt worden sind, mit allen möglichen Mitteln, außer durch Weben, Wirken oder Stricken."

Es ist wichtig festzuhalten, dass durch Walken erzeugte Filze keine Vliesstoffe sind. Wetlaid-Vliese sind Vliesstoffe, vorausgesetzt sie enthalten ein Minimum von 50 % synthetischen Fasern oder anderen Fasern nicht pflanzlichen Ursprungs mit einem Verhältnis Länge zu Durchmesser gleich oder größer als 300 µm oder einem Minimum von 30 % synthetischen Fasern mit einem Verhältnis Länge zu Durchmesser gleich oder größer als 600 und einer maximalen Dichte von 0,40 g/cm³.

Verbundstrukturen gelten als Vliesstoffe, sofern sich ihre Masse aus mindestens 50 % Vliesstoff, wie in der oben genannten Definition erwähnt, zusammensetzt, oder, wenn der Vliesstoffbestandteil eine überwiegende Rolle spielt.

Eine abschließende Bemerkung zur Vliesstoffdefinition muss hier noch erfolgen. Leider entsprechen die Definitionen und Klassifikationsgrundregeln der internationalen Gebrauchsnomenklatur, des harmonisierten Systems (HS), nicht den Hauptkriterien der oben genannten ISO/CEN Definition.

Infolgedessen sind Vliesstoffe, die in die einzige spezifische Überschrift des HS [1–3] (56.03) eingestuft werden, ausschließlich solche, die aus überwiegend Textilfasern gebildet werden. Dies bedeutet, dass andere Produkte, die überwiegend luftgelegt (airlaid) sind oder einen signifikanten Anteil von nassgelegten (wetlaid) Vliesstoffen enthalten, dem Papier (HS, Kapitel 48) zuzuordnen sind.

0.2 Kurzer Überblick zu den Vliesstoffproduktionsprozessen

Vliesstoffherstellung hat sich aus der Textil-, Papier- und Kunststoffindustrie herausgebildet und sich in mehr als 40 Jahren zu einer eigenständigen Industrie entwickelt. Während sich die Anforderungen an Vliesstoffe ständig erhöht haben, sind sie gleichzeitig durch die Technologie und den Einfallsreichtum der Rohstoffund Ausrüstungslieferanten sowie der Vliesstoffproduzenten und Konfektionäre erfüllt worden.

Die Produktion von Vliesstoffen kann in drei Stufen beschrieben werden, obgleich die moderne Technologie eine Überschneidung einiger Stufen erlaubt. In einigen Fällen können alle drei Stufen in einem Prozess stattfinden. Diese drei Stufen sind:

Vliesbildung

– Drylaid

– Kardiert

– Airlaid

– Spunmelt

– Spinnvlies

– Meltblown

– Wetlaid

– Andere Technologien

– Elektrostatisches Spinnen

– Flash-Spinning

Vliesverfestigung

– Chemisch

– Thermisch

– Mechanisch

  Vernadeln

  Wasserstrahlverfestigung

  Nähwirken

Nachbehandlung

0.3 Entwicklung der Vliesstoffindustrie

0.3.1 1972−2011: Vier Jahrzehnte Vliesstoffproduktion mit ausgeprägter Charakteristik

Unser Vorteil in Europa ist es, dass wir von einer fast 40-jährigen, kontinuierlichen Reihe statistischer Übersichten profitieren können − basierend auf einer direkten Datenerfassung und ergänzt durch Schätzungen für eine kleinere Anzahl von Unternehmen. Das erlaubt uns, verschiedene Aspekte der Entwicklung der Vliesstoffindustrie in dieser Region zu dokumentieren. Der Autor möchte an dieser Stelle dem Ehrengeneralsekretär der EDANA, Herrn Guy Massenaux, Dank sagen für die Art und Weise seiner Ausführungen und seiner Unterstützung, welche er Jahr für Jahr einer Generation von Vliesstoffmanagern zukommen ließ. Dadurch konnte die Vliesstoffindustrie die Stärken, Schwächen, Chancen und Bedrohungen besser erkennen und darauf reagieren.

Abbildung 0.1 zeigt, dass sich die Vliesstoffproduktion gleichmäßig über den vollständigen Zeitraum ohne bedeutende Abweichung bis 2008 entwickelt hat. Die gesamte Entwicklungszeit kann man in vier Perioden von jeweils 10 Jahren unterteilen, in denen sich spezifische Eigenschaften und Tendenzen hervorheben lassen. Die Jahre 1975 und 1981 verdienen eine besondere Erwähnung, da in beiden Fällen die Vliesstoffmärkte sehr empfindlich auf zwei deutliche konjunkturelle Einbrüche infolge von Ölpreiserhöhungen reagiert haben. Zu einem weiteren gravierenden konjunkturellen Einbruch führte die weltweite Finanzkrise im Jahre 2009.

Abb. 0.1 Vliesstoffproduktion in Europa 1972–2010 in Tausend Tonnen

Ch00_images001.jpg

0.3.2 1972−1981: Die Zeit der Pioniere

Der erste Hinweis auf eine gesamteuropäische Vliesstoffproduktion geht auf das Jahr 1970 zurück, mit einem Volumen von 40 400 Tonnen. Dies ist im Vergleich zu heute weniger als jeder der 15 Spitzenproduzenten von Vliesstoffen jährlich produziert.

Tabelle 0.1 zeigt die Entwicklung der Gesamtproduktion von 1972 bis 1981 mit einem durchschnittlichen Wachstum von über 11,5 % pro Jahr, abgesehen von der einzigen und eher kleinen Abnahme innerhalb von 30 Jahren, von 100 700 Tonnen im Jahr 1974 auf 97 300 Tonnen im Jahr 1975. Der Zeitraum endete dann mit einem relativ geringen Wachstum von weniger als 3 % für das Jahr 1981. Tabelle 0.2 veranschaulicht das jeweilige Produktionsvolumen der drei Hauptprozesse, bei denen polymerbasierte Vliesstoffe (Spinnvlies/Meltblown) offenbar das schnellste Wachstum erreichten. Tabelle 0.3 zeigt die Tendenzen aufgeschlüsselt nach dem Einsatzzweck. Man kann feststellen, dass Hygieneanwendungen auf einem bescheidenen Niveau beginnen, was im Zusammenhang mit dem begrenzten Gebrauch von Wegwerfwindeln zu Beginn der Siebzigerjahre, in einigen Ländern bis 1981, gesehen werden muss. So dauerte es bis Mitte der Achtzigerjahre, bis auf dem britischen Markt Wegwerfwindeln einen Marktanteil von über 50 % erreichten. Zudem führte der Rückgang der Bekleidungsindustrie bei den Herstellern von Einlagematerialien nicht dazu, mit anderen Einsatzzwecken Schritt zu halten. Demgegenüber konnte der steigende Bedarf an Geotextilien infolge des rasanten Ausbaues der Autobahnnetze befriedigt werden.

Tabelle 0.1 Produktion von Vliesstoffen in Westeuropa (1972–1981) in Tausend Tonnen

Ch00_images002.jpg

Tabelle 0.2 Produktion von Vliesstoffen nach Herstellungsprozess in Tausend Tonnen

Ch00_images003.jpg

Tabelle 0.3 Entwicklung des Vliesstoffverbrauches nach Einsatzzwecken

Ch00_images004.jpg

0.3.3 1982−1991: Gesundes Wachstum und Attraktivität

Tabelle 0.4 zeigt die Erholung und anhaltende Expansion der Vliesstoffproduktion in den Achtzigerjahren mit einer komfortablen durchschnittlichen quantitativen Wachstumsrate von 8,5 %. Das reale Wertwachstum lag über dem durchschnittlichen europäischen Wachstum des Bruttoinlandsproduktes (BIP). Die Rentabilität war jedoch nicht auf dem gleichen Niveau, besonders im Hinblick auf die erhebliche Überkapazität, die zu verschiedenen Zeiten in bestimmten Sektoren wegen der Marktneueintritte entstanden ist. Gleichzeitig erweiterten die Produzenten ihre Kapazitäten stärker als es die Nachfrage gerechtfertigt hätte. Im Drylaid-Sektor waren die Investitionskosten verhältnismäßig niedrig und Neulinge wurden durch die Leistung der Industrie angezogen, welche zunehmend positive Schlagzeilen in Wirtschafts- und Finanzmedien machte. Im Wetlaid- und Spinnvlies-Sektor waren hingegen hohe Investitionskosten für die Übertragung auf industrielle Maßstäbe erforderlich.

Tabelle 0.5 dokumentiert die Entwicklung gesamt und prozentual nach den verschiedenen traditionellen Prozessen. 1985/1986 begann die Wasserstrahlverfestigung zunehmend Bedeutung im Markt zu erlangen.

Beginnend im Jahr 1986, wurden Airlaid-Produkte zum ersten Mal unter der Rubrik „andere" vermerkt. Einige vernadelte Produkte, früher nicht berücksichtigt, wurden innerhalb „Drylaid" dargestellt. Zusammen veränderte der Wandel in der Zuordnung die Wertigkeit der Variationen zwischen den Prozessen nicht. Die Abnahme des Anteiles der chemisch verfestigten Vliesstoffe innerhalb der Drylaid- Vliesstoffe wurde mehr als aufgewogen durch das Wachstum der mittels Thermobonding verfestigten Vliesstoffe. Tabelle 0.6 veranschaulicht den Trend bei Einsatzgebieten über den gesamten Zeitraum. Hygieneanwendungen nehmen weiterhin kontinuierlich zu und reflektieren Markterschließungen sowohl in Maßeinheiten der Fertigwaren als auch in Vliesstoffquantitäten pro Stück, welche speziell bei Windeln besonders ansteigen, nicht zuletzt dank der Einführung von hoch entwickelten Designs (z. B. leg-cuffs usw.). Trotz des substantiellen Wachstums blieben Tief- und Hochbauanwendungen in diesem Zeitraum anfällig gegenüber Schwankungen und als eine der empfindlichsten Kategorien sehr abhängig von der allgemeinen Wirtschaftslage.

Tabelle 0.4 Produktion von Vliesstoffen in Westeuropa (1982−1991) in Tausend Tonnen

Ch00_images005.jpg

Tabelle 0.5 Produktion von Vliesstoffen nach Prozess in Tausend Tonnen

Ch00_images006.jpg

Tabelle 0.6 Produktion von Vliesstoffen nach Einsatzgebiet in Tausend Tonnen

Ch00_images007.jpg

Der Wischtüchermarkt setzte ebenfalls seine Weiterentwicklung fort und wurde viertgrößter Absatzmarkt nach den Hygiene-, Bau- und Heimtextilien.

0.3.4 1992−2001: Das Zeitalter der Reife. und Unsicherheit

Wie in Tab. 0.7 zu sehen ist, hat das Produktionswachstum der europäischen Vliesstoffindustrie in dieser Dekade einen stabilen durchschnittlichen Wert von 7,5 % pro Jahr erreicht. Damit hat sich die Produktionsmenge innerhalb von 10 Jahren verdoppelt.

Tabelle 0.8 zeigt auf der anderen Seite die geringfügigen Veränderungen in der Konkurrenz zwischen Spinnvlies- und Drylaid-Prozess, wobei der „Außenseiter" Airlaid in den vergangenen Jahren bedeutende Anteile am Markt gewann. Zuletzt hat die bedeutende Abnahme des Thermobonding, das durch das Wachstum der Spunlacing-Technologie besonders seit 2001 teilweise aufgefangen wurde, eine Stagnation bei den Drylaid-Produkten und Materialien in absoluten Zahlen hervorgerufen.

Tabelle 0.9 ist in vielerlei Hinsicht aufschlussreich. Man kann erkennen, dass sich in Europa Auslieferungen nach Gewicht an den Hygienebereich in 10 Jahren fast verdreifacht haben und 35,3 % der Gesamtlieferungen ausmachen.

Dies reflektiert zum Teil die erhöhte Durchdringung der europäischen Märkte durch Wegwerfwindeln von 90−95 % des möglichen Marktanteils. Andere Ursachen umfassen zunehmende Exporte von Vliesstoffen für Hygienezwecke sowie den breiteren Gebrauch von Vliesstoffen für verschiedene Anwendungen im Bereich Babypflege (z. B. Hüllvlies, Beinstulpen), für Klebebänder, Verteilungsschichten, Abdeckungen usw. Dazu gehören auch die Entwicklung von Inkontinenzprodukten sowie in geringerem Maße auch Sanitärschutzartikel. Leider waren, hauptsächlich wegen des oligopolistischen Status der Hygieneverarbeiter, die Vliesstoffhersteller nicht in der Lage, in diesem Sektor genügend Gewinn zu generieren.

Tabelle 0.7 Produktion von Vliesstoffen in Westeuropa (1992−2001) in Tausend Tonnen

Ch00_images008.jpg

Tabelle 0.8 Vliesstoffproduktion nach Herstellungsprozess in Tausend Tonnen

Ch00_images009.jpg

Tabelle 0.9 Lieferungen von europäisch produzierten Vliesstoffen nach Endanwendung in Tausend Tonnen (nach Europa und außerhalb)

Ch00_images010.jpg

Wischtücher sind ein weiterer Bereich, der sich in den letzten beiden Jahren dieses Zeitraums einschließlich persönlicher, industrieller und Haushaltsanwendungen drastisch verstärkt hat. Beide Sektoren, Hygiene und Wischtücher, haben verhältnismäßig gering Flächengewichte und nehmen folglich, in Quadratmetern ausgedrückt, sogar einen größeren Anteil bei der Vliesstoffherstellung ein.

Während die Anwendungen im Tiefbau (Geotextilbereich) und bei Dachbahnen sich über diesen Zeitraum verdreifacht haben, konnte das Wachstum bei Vliesstoffen im Medizinbereich nicht seine Erwartungen erfüllen. Das Niveau der Marktdurchdringung blieb, verglichen mit dem US-Markt bis zu Beginn des 21. Jahrhunderts, zurück. Danach begannen europäische Krankenhäuser, sich in verstärktem Maße weg von mehrfachverwendeten OP-Tüchern hin zu Einweglösungen zu bewegen. Dabei spielten die Importe von Fertigteilen und Rollenware für OP-Kittel und OP-Abdeckungen eine größere Rolle als bei anderen Einsatzgebieten. Die Herstellung von Einwegvliesstoffen, die für die Bekleidungsindustrie unentbehrlich sind, entwickelte sich in Europa infolge der globalen Wettbewerbssituation auf diesem Gebiet nicht in erhofftem Maße.

0.3.5 2002−2009: Das Phänomen Wassergestrahlte Wischtücher

In Tab. 0.10 ist dargestellt, dass sich das Wachstum der Vliesstoffproduktion im 21. Jahrhundert verlangsamt hat. Bereits 2008 war der Anstieg gegenüber 2007 gering. 2009 kam es dann zu einem Rückgang von 1718 auf 1609 Millionen Tonnen gegenüber 2008. Dies war einerseits das Resultat der globalen Wirtschaftslage und zum anderen der Erfolg der Bemühungen Vliesstoffe mit geringeren Flächengewichten, aber mit gleicher oder besserer Funktion und Effektivität herzustellen. Im Gegensatz zum mengenmäßigen Rückgang erreichte die Produktion im Jahr 2009 die Höhe von 51 000 Millionen m².

Wie in Tabelle 0.11 gezeigt wird, stellt 2009 das erste Jahr eines Abschwungs in der Produktion von wassergestrahlten (spunlace) Vliesstoffen nach einem phänomenalen Wachstum (+ 48,7%) seit 2002 dar. Aufgrund des reduzierten Einsatzes von Rohstoffen blieben die Produktionsmengen bezogen auf die hergestellte Fläche konstant und lieferten den Verbrauchern von Wischtüchern, die das Haupteinsatzgebiet für diese Materialien sind, die gleiche Qualität hinsichtlich Eigenschaften und Funktion bei einem niedrigeren Flächengewicht.

Tabelle 0.10 Produktion von Vliesstoffen in Europa (2002−2009) in Tausend Tonnen

Ch00_images011.jpg

Tabelle 0.11 Vliesstoffproduktion nach Herstellungsprozess in Tausend Tonnen

Ch00_images012.jpg

Tabelle 0.12 Lieferung von Vliesstoffen nach Endanwendung in Tausend Tonnen (nach Europa und außerhalb)

Ch00_images013.jpg

Tabelle 0.12 zeigt die Produktion von Vliesstoffen bezogen auf Einsatzgebiete. Während die größten Rückgänge für die Jahre 2008 auf 2009 in den Bereichen Damenhygiene, Tiefbau, Einrichtungsgegenstände (Bodenbeläge, Polstermaterial), industrielle Wischtücher und Automobil verzeichnet wurden, konnte bei medizinischen Anwendungen eine bemerkenswert positive Entwicklung beobachtet werden.

0.4 Trendanalyse

Dieser Bericht über vier Dekaden Entwicklung der europäischen Vliesstoffindustrie mag theoretisch erscheinen, aber einerseits hat dieser verschiedene Tendenzen und Größenordnungen aufgezeigt, und andererseits beleuchtet er den historischen Hintergrund und gibt Denkanstöße für die gegenwärtige und zukünftige Marktlage.

Basierend auf einer Unterteilung nach Jahrzehnten, kann man bedeutende Änderungen im Tempo der Industrieentwicklung über fast 40 Jahre hinweg erkennen:

Auf Basis der aufgeführten unterschiedlichen Wachstumsphasen der Vliesstoffindustrie könnten Außenstehende geneigt sein, eine Theorie für den Wachstumszyklus mit unterschiedlichen Phasen zu entwickeln. Die Einflüsse von Rohstoffentwicklungen, technologischen Innovationen, Mengenentwicklung von Rollenware und Fertigprodukten sind jedoch sehr vielfältig und teilweise auch gegenläufig. Dadurch sind pessimistische Rückschlüsse glücklicherweise nicht möglich. Am Anfang kam es zu einer schnellen Entwicklung des Wetlaid- und des traditionellen Drylaid-Anteiles (vernadelt und chemisch verbunden, dann im Wesentlichen ersetzt durch Thermobonding und Wasserstrahlverfestigung). Dadurch haben sich vielfältige Anforderungen an die Einsatzgebiete und die Anwendungsbreite ergeben. Spinnvliesstoffe und andere polymerbasierte Vliesbildungsprozesse haben fortschreitend einen hohen Innovationsgrad erreicht. Damit sichern diese Verfahren ihren erreichten Anteil an der Vliesstoffproduktion. Die Airlaid-Technologie ist auch eine der Erfolgsgeschichten unseres Industriezweiges, besonders in den Neunzigerjahren und danach. Die Entwicklung der Verkaufszahlen der verschiedenen Vliesstoffarten ist eng verbunden mit den Entwicklungsmerkmalen der Hygieneprodukte.

Obgleich der Markt sich fortwährend diversifiziert, stagniert oder sinkt der Verbrauch moderner Babywindeln in Westeuropa, hauptsächlich aufgrund der niedrigeren Geburtenraten. Andererseits haben Exporte von Vliesstoff-Rollenware und Windeln aus Westeuropa, besonders nach Mitteleuropa und Osteuropa, die Nachfrage gestützt. Inkontinenzprodukte haben zukünftig sehr gute Absatzaussichten, aber die Größe des Marktes ist noch nicht mit Babywindeln vergleichbar. Der Bereich Wischtücher liegt an zweiter Stelle nach Hygieneprodukten und deutlich vor Dachbahnen und weiteren Konstruktionsanwendungen. Andere Einsatzgebiete bleiben weit zurück. Den Löwenanteil bei Wischtüchern für persönliche Pflege haben wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe, mit großem Abstand gefolgt von den Kurzfaser-Airlaid-Vliesen und Wetlaid-Materialien.

Abb. 0.2 Vliesstoffindustrie – Einsatz von ausgewählten Fasern und Polymeren 1999–2009 (in Tausend Tonnen

Ch00_images014.jpg

0.4.1 Rohmaterialverbrauch

Wie in Abb. 0.2 dargestellt, ist Polypropylen weiterhin das wichtigste Polymer, das in der europäischen Vliesstoffindustrie eingesetzt wird, gefolgt von Polyester-Stapelfasern und Zellstoff. Der Anteil der Stapelfasern beim Rohstoffverbrauch in der Vliesstoffindustrie ist aufgrund der Zunahme von einigen Drylaid-Technologien (hauptsächlich wasserstrahlverfestigt) seit 2000 und von Kurzfaser-Airlaid-Vliesen angestiegen. Polypropylen bleibt nach wie vor die meistgenutzte Faser des Vliesstoffsektors. Der Verbrauch von Viskosefasern, die der Hauptrohstoff im ersten Jahrzehnt der Vliesstoffgeschichte waren, ist mittlerweile hinter den Verbrauch von Polyester-Stapelfasern und Zellstoff zurückgefallen. Der Anstieg des Wasserstrahlverfestigungsprozesses hat historisch zum steigenden Einsatz von Viskosefasern beigetragen. Das Preisgefälle gibt den Herstellern jedoch den Anreiz, einen niedrigeren Anteil von Viskose-/Polyester- oder Viskose-/Polypropylenmischungen einzusetzen.

0.4.2 Geographische Betrachtungen

Ausführliche Statistiken der Produktion nach Ländern sind bei diesem Überblick absichtlich weggelassen worden. Die europäische Produktion von Vliesstoffen hat sich in den Herstellerländern entsprechend den Interessen der Industrie entwickelt. Häufig gaben dabei die Entwicklung technologischer Prozesse und die Rohstoffverfügbarkeit den Ausschlag für Investitionen.

Die Märkte waren jedoch selten auf Staatsgrenzen begrenzt und der Europäische Binnenmarkt war bei den Vliesstoffen Realität, lange bevor er von der Europäischen Gemeinschaft gefördert wurde. Heute sind die verschiedenen Arten von Technologien, die für das Produzieren von Vliesstoffen eingesetzt werden, über ganz Europa verteilt, wobei die Kapazitäten von Wetlaid und Kurzfaser-Airlaid hauptsächlich in Deutschland und Hydroentangling in Italien konzentriert sind.

Die Statistiken der EDANA umfassen das größere Europa mit West-, Mittel- und Osteuropa, die Türkei und die Gemeinschaft Unabhängiger Staaten (GUS).

0.4.3 Ökonomische Perspektive

Die Zahlen für das größere Europa zeigen resultierend aus der neuen Wirtschaftslage, dass die Industrie bestrebt ist, Vliesstoffe mit geringeren Flächengewichten herzustellen. Die Produktion von Vliesstoffen hat nach Gewicht im Jahr 2009 um 6,3 % verglichen mit 2008 abgenommen und eine Gesamtmenge von 1609 Millionen Tonnen erreicht. 2008 betrug das Wachstum der Vliesstoffindustrie 1,2 % gegenüber 2007.

Nach einigen Jahren des zweistelligen Wachstums ist 2008 die Gesamtmenge an Vliesstoffen, die für den Bereich Wischtücher für persönliche Pflege verkauft wurden, gesunken. Die Verkäufe nach Fläche blieben bei minimalem Wachstum jedoch stabil. Während die Gesamtproduktion nach Gewicht gefallen ist, hat sich das Niveau der Produktion nach Quadratmetern weiter erhöht (knapp 51 000 Millionen m² für 2009).

Entsprechend einem Vergleich von ausgewählten Unternehmen, blieb der Durchschnittspreis bei Vliesstoffen 2008/2009 fast unverändert. Der jährliche Gesamtumsatz der Industrie wurde auf ungefähr 4790 Millionen € geschätzt.

Infolge der Kompliziertheit der Marktkräfte, einschließlich der Währungsfaktoren und einem zunehmendem Maß der Globalisierung der Wirtschaft, muss man mit Vorsicht an die Deutung der dargestellten Daten herangehen. Die Vielfalt der Vliesstoffmärkte und Produkte führt zu sehr differenzierten Situationen. 2009 war die Handelsbilanz für Vliesstoffrollenwaren in den EU27-Ländern noch sehr positiv, sowohl in der Menge als auch im Wert. Zudem sind bei jeder Unterkategorie von Vliesstoffen die EU27-Länder noch ein Nettoexporteur. Diese positive Handelsbilanz hat geholfen, die ungünstige Handelsbilanz der globalen europäischen Textilindustrie zu verbessern.

0.5 Zusammenfassung und Ausblick

Zur Zukunft der Vliesstoffe in Europa − ein zuversichtlicher Ausblick der EDANA, dem internationalen Verband der Vliesstoffindustrie.

Tabelle 0.13 Vliesstoffproduktion nach Region in Tausend Tonnen

Ch00_images015.jpg

Nach einer vollständigen Erholung im Jahr 2010 auf das Produktionsniveau von 2008 – mit einer Zunahme von 10,3 %, die Abnahme von 6,3 % im Jahr 2009 damit ausgleichend – scheint die Vliesstoffindustrie in Gesamteuropa neuen Wachstumschancen entgegen zu blicken.

Die INDEX 2011 gab der internationalen Vliesstoffgemeinschaft Gelegenheit, den Weltmarkt zu bewerten und neue Ziele zu definieren. Der Pro-Kopf-Verbrauch von Vliesstoffen liegt in der EU mit aktuell 2,8 kg/a immer noch niedriger als in Nordamerika. Folglich besteht noch ein erhebliches Wachstumspotential. Wie in Tab. 0.13 zu sehen ist, hat sich die weltweite Vliesstoffproduktion in den vergangenen 15 Jahren verdreifacht, von 2, 2 Millionen Tonnen 1994 auf über 6,5 Millionen Tonnen im Jahr 2009. Der weltweite Pro-Kopf-Verbrauch von Vliesstoffen im Jahr 2010 wird auf 1,0 kg/a geschätzt. Die EU ist mittlerweile nicht mehr das größte Produktionsgebiet für Vliesstoffe in der Welt. China hat diesen Platz seit 2008 übernommen. Die EU ist aber immer noch der größte Exporteur.

Dennoch hat die europäische Vliesstoffindustrie wiederholt Bedenken bezüglich vorhandener Überkapazitäten und der niedrigen Rentabilität geäußert. Mit dem Einsatz von hochgradig konkurrenzfähiger und schlüsselfertiger Produktionstechnik werden weltweit weitere Investoren angezogen und nehmen am Vliesstoffmarkt teil, der offensichtlich überdurchschnittliche Wachstumsraten erwarten lässt.

Der kapitalintensive Charakter der Vliesstoffindustrie führt in Wechselwirkung mit den gegenwärtigen Transportkosten sicherlich nicht zu einer Verschiebung der Produktion von Rollenware von Kontinent zu Kontinent. Gleichzeitig drängen jedoch arbeitsintensive Prozesse in Richtung von Ländern mit niedrigeren Produktionskosten. Um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben, konzentrieren sich europäische Vliesstoffhersteller auf Innovationen, Produktdiversifizierung und Serviceleistungen. Der Export hochwertiger Produkte ist dabei vordergründig.

In den sich entwickelnden Märkten mit Pro-Kopf-Verbrauch von Vliesstoffen unter 0,1 kg/a gibt es ausreichend Potential, um einen gesunden, offenen und konkurrenzfähigen Vliesstoffmarkt zu etablieren, welcher Chancengleichheit sowohl für inländische als auch ausländische Direktinvestitionen ermöglicht. Wesentliche Möglichkeiten für die Weiterentwicklung der Vliesstoffbranche werden durch die erwartete verstärkte Nachfrage in den Einsatzgebieten Industrie, Infrastruktur, Gesundheitspflege und Privatkonsum erschlossen, wobei ein weiteres Wachstum entstehen wird.

Literatur

1 http://ec.europa.eu/taxation_customs/customs/customs_duties/tariff_aspects/combined_nomenclature/index_de.htm

2 http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2011:282:FULL:DE:PDF

3 http://eur-lex.europa.eu/Notice.do?mode=dbl&lng1=en,de&lang=&lng2=da,de,el,en,es,fi,fr,it,nl,pt,sv,&val=271274:cs&page=&hwords=null

Teil I

Rohstoffe

1

Faserstoffe

Klaus-Peter Mieck, Elke Beckmann, Gerald Ortlepp, Wilhelm Albrecht, Hilmar Fuchs, Ji Guobiao, Bernd Gulich

1.1 Naturfasern

Klaus-Peter Mieck

Beim heutigen Stand der Vliesstofftechnik können prinzipiell alle Naturfasern verarbeitet werden. Die Auswahl richtet sich nach Anforderungsprofil und Kosten/Nutzen-Verhältnis. Gemessen an der weltweiten Faserproduktion liegt der Anteil Naturfasern bei etwa 47 %. Davon nehmen Baumwolle, Wolle und Seide den größten Anteil mit 37 % und die Bast-, Hart- und Fruchtfasern mit 10 % ein. Die Bedeutung der Naturfasern für Vliesstoffe hat sich im Laufe der Entwicklung gewandelt und wird ebenso wie das Aufkommen an der Faserproduktion einer ständigen Veränderung unterliegen. Auf Angaben zum Produktionsaufkommen wird daher verzichtet. Die Einteilung heute bekannter Naturfasern enthält Abb. 1.1. Wesentliche Eigenschaften ausgewählter Naturfasern werden beschrieben als eine Entscheidungshilfe für den Einsatz. Details müssen der einschlägigen Literatur entnommen werden. [1–4].

Abb. 1.1 Einteilung der Naturfasern

Ch01_images001.jpg

Tabelle 1.1 Eigenschaften ausgewählter Naturfasern

Ch01_images002.jpg

Maßgebliche Eigenschaftsmerkmale der Naturfasern sind Feinheit (Dicke), Festigkeit, Dehnung, Steifigkeit (E-Modul), Feuchteaufnahme und Dichte (siehe Tab. 1.1). Sie beeinflussen die Grundeigenschaften der Vliesstoffe.

Die Eigenschaften der pflanzlichen Naturfasern werden erheblich durch Art, Klima, Anbaumethoden, Ernte und Aufschluss bestimmt, die der tierischen Fasern durch Rasse, Haltungsbedingungen und Gewinnung beeinflusst. Die Messwerte der Eigenschaften sind daher starken Schwankungen unterworfen.

Tabelle 1.1 enthält in einer orientierenden Übersicht charakteristische Werte-Bereiche für die ausgewählten Naturfasern. Die Angabe der Feinheit bezieht sich auf die in der Textilprüfung messbare Faserfeinheit nach DIN EN ISO 1973 unter definierter Vorspannkraft. Ein für den Vliesstoffhersteller instruktiverer Wert ist die Dicke. Sie lässt sich unter Annahme einer äquivalenten runden Faser nach der zugeschnittenen Größengleichung

(1.1) Ch01_images003.jpg

d in µm, Tt in dtex, ρF in g/cm³abschätzen.

Die Angabe der Zugfestigkeit, ermittelt aus der Höchstzugkraft beim Zugversuch nach DIN EN ISO 5070 bezieht sich auf eine Einspannlänge von l0 = 10 mm. Sie ergibt sich querschnittsbezogen unter obigen Voraussetzungen zu

(1.2) Ch01_images004.jpg

σ in N/mm², F in cN/tex, ρF in g/cm³

Obwohl die Bestimmung des Elastizitätsmoduls bei faserförmigen Gebilden mit Schwierigkeiten behaftet ist, kann auf eine quantitative Charakterisierung nicht verzichtet werden. Die Werte beziehen sich analog zur üblichen Moduldefinition auf eine Dehnung von 100 %, wohl wissend, dass die lineare Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung nur für die vorgegebene Belastungszeit und kleine Dehnungen festzustellen ist. Näheres zur Problematik und Bestimmung des Elastizitätsmoduls bestimmter Naturfasern ist in [5] enthalten. Die Angaben der Feuchteaufnahme beziehen sich auf das Normalklima.

Das unterschiedliche mechanische Verhalten charakterisiert durch Spannung und E-Modul ausgewählter Naturfasern ist in Tab. 1.1 deutlich zu erkennen. Diese Grundtendenz wird sich im Vliesstoff, trotz Einflüsse der Konstruktionsmerkmale (Flächenmasse, Dicke u. ä.) widerspiegeln. Bast-, Hart- und Fruchtfasern ergeben steifere, dehnungsärmere Vliesstoffe als die übrigen pflanzlichen und tierischen Fasern.

Weitere Merkmale wie Längenänderungs- und Beständigkeitsverhalten in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit und Medium sowie Wärmeleitfähigkeit, Feuchtaufnahme, Wasserrückhaltevermögen, Licht- und Wetterbeständigkeit sind für die Einsatzentscheidung maßgebend. Angaben hierzu überschreiten den vorgegebenen Rahmen.

1.1.1 Pflanzliche Fasern

Grundsubstanz der pflanzlichen Fasern ist Cellulose. Mit bis zu 90 % weist die Baumwolle den höchsten Anteil gegenüber den anderen pflanzlichen Naturfasern mit 60–70 % auf. Hinzu kommen Nebenbestandteile wie Hemicellulose, Pektine, Proteine, Wachs und organische Säuren.

1.1.1.1 Baumwolle (Gossypium)

Die Baumwollpflanze ist den Malvengewächsen zuzuordnen. Sie benötigt bei Aussaat und Wachstum hohe Feuchte und im Reifestadium trockene Wärme. Der Baumwollgürtel der Erde befindet sich in der tropischen und subtropischen Zone. Erzeugerländer sind China, GUS (Gemeinschaft unabhängiger Staaten), USA, Indien, Brasilien, Türkei, Pakistan, Ägypten, Mexiko, Sudan.

Die nach der Blüte sich entwickelnde Kapsel springt zur Reifezeit mit den herausquellenden Fasern auf. Die ca. 2000–7000 Baumwollfasern befinden sich auf den Samenkörnern. Es wird maschinell, in ärmeren Ländern heute noch manuell, geerntet. Egreniermaschinen trennen die Fasern vom Samen. Zu Ballen verpresst wird sie von Handelshäusern aufgekauft. Der Handel erfolgt über Börsen. Wesentliche Handelsmerkmale sind Faserlänge, Feinheit, Gleichmäßigkeit, Reinheit, Festigkeit, Farbe und Glanz. Die Entfernung der kurzen Fasern (Linters) von den Samenkörnern erfolgt auf gesonderten Maschinen. Sie sind Rohstoff für Papier und hochwertigen Zellstoff. Die Baumwollfaser hat einen nierenförmigen Querschnitt, die Längsansicht ähnelt einem plattgedrückten, verdrehten Schlauch. Ihr Einsatz erfolgt in Bekleidungs-, Heim- und Haushalttextilien. Durch die Hohlraumstruktur (Lumen) im Faserinneren kann Isolierung und körpereigene Klimaregulierung unterstützt werden. Sie nimmt bis zu 20 % dampfförmige Feuchte auf ohne sich feucht anzufühlen. Nässe wird schnell aufgesaugt. Sie ist hautfreundlich und besitzt eine geringe Elastizität und knittert damit im Flächengebilde stark. Durch Veredlungsprozesse (Natronlaugebehandlung = Glanzerhöhung oder Vernetzung mit Kunstharzen = erhöhte Elastizität) lassen sich die Eigenschaften aus ihr hergestellter Flächengebilde beeinflussen. Ihre Bedeutung für den Vliesstoffeinsatz ist stark zurückgegangen. Für automobile Anwendungen wird vorzugsweise Reißbaumwolle auch in Form von Vliesstoffen verwendet.

1.1.1.2 Flachs (Linum usitatissimum Linné)

Angebaut wird nur die einjährige Flachspflanze der Gruppe Linum u. L. Zur Fasergewinnung ist ein Flachs mit hohem Stroh- und Faserertrag von Interesse. Die Flachspflanze gedeiht gut in gemäßigtem Klima. Haupterzeugerländer sind die GUS, China und West- und Osteuropa. In Westeuropa sind besonders Frankreich und Belgien zu nennen. Etwa ab 1985 wurde der Flachsanbau in Deutschland wieder gefördert.

Nach Aussaat und Wachstum werden die 60 bis 160 cm langen Pflanzen gerauft (in Bündeln samt Wurzeln aus dem Boden gezogen) oder gemäht. Für das Raufen/Mähen bis zur kompletten Fasergewinnung existieren heute vielseitige Maschinen und Produktionslinien. Zur Gewinnung der im Parenchym (Rindenschicht) der Flachspflanzen enthaltenen Faserbündel (20 bis 50) und Einzelfasern (10 bis 25 pro Bündel) ist der Aufschluss des Stängels erforderlich. Grundprinzipien hierfür sind der biologische Aufschluss/Röste, der chemische und mechanische Aufschluss sowie deren Kombinationen. Die Wahl richtet sich nach dem Einsatzgebiet. Für Bekleidungs-, Heim- und Haushalttextilien ist ein weitgehender Aufschluss, bis zur Einzelfaser wünschenswert. In technischen und zur Kunststoffverstärkung können auch technische Fasern (Bündel von Einzelfasern) Anwendung finden. Stoffe aus Flachsfasern (Leinen) werden als Sommerbekleidung angenehm empfunden. Die Faser nimmt Feuchte schnell auf, gibt sie aber auch rasch ab. So wird die Klimaregulation des Körpers unterstützt. Die Stoffe knittern stark. Der Markt für Flachsfasertextilien ist modeabhängig.

Unabhängig ist der Einsatz von Flachsfasern für technische Textilien und als Kunststoffverstärkung. Der E-Modul der Flachsfaser liegt im Bereich derer konventionell eingesetzter Verstärkungsfasern wie Glas, Aramid und Kohlenstoff. Das prädestiniert sie für Kunststoffverstärkungszwecke. Vliesstoffe aus Flachsfasern nehmen einen wachsenden Anteil bei Anwendungen im Automobilbereich ein [6].

Der Flachsanbau in Deutschland konnte trotz hoher Förderung kaum profitieren. Vielfach wird die Faser importiert. In der gesamten EU ist eine Mengenerhöhung nur bei weiteren Subventionen gegeben. Hinzu kommen als Konkurrenten die ebenfalls einen hohen E-Modul besitzenden und preisgünstigeren Naturfasern Jute, Hanf und Sisal.

1.1.1.3. Jute (Corchorus)

Die Jutepflanze (Corchorus capsularis L. und Corchorus olitorius L.) wird in Kulturen gezogen und ist etwa 3–5 m hoch. Sie gedeiht gut in tropischen und subtropischen Ländern. Haupterzeugerländer sind Indien und Bangladesh. Der Stängelaufbau ähnelt dem des Flachses. Die Faserstränge aus einzelnen Faserbündeln bestehend, verlaufen jedoch sternförmig zum Rand. Zur Fasergewinnung werden die Pflanzen vor Reife der Kapseln geschnitten. Die Bastfaserbündel werden über Röste und mechanische Aufbereitung gewonnen. In der mechanischen Aufbereitung erfolgt die Lockerung und das Abziehen des Bastes. Die Behandlung mit Wasser und weichmachenden Ölen, das „Batschen" führt zur Erhöhung der Geschmeidigkeit der Faserbündel. Mechanisches Reißen ergibt kürzere Stücke (25 bis 35 cm), die in Vliesform abgelegt werden können. Bedeutung besitzt die Jutefaser für Verpackungsmaterialien (Säcke), Teppichgrundware und Wandbespannungen. Jute als Verstärkungsfaser für Kunststoffe ist erfolgversprechend.

1.1.1.4. Sisal (Agave sisalana)

Sisal gehört zur Familie der Agavengewächse (Agave sisalana). Die Pflanze besitzt 1 bis 2 m lange Blätter, die als Festigkeitsträger Faserstränge enthalten. Ursprungsland ist Mexiko mit dem Ausfuhrhafen Sisal. Der Aufschluss erfolgt maschinell durch Quetschen, Schaben und Abspülen des Blattfleisches. Nach Trocknung und Bürstvorgängen kann die Einzelfaser mit Längen von 1 bis 5 cm gewonnen werden. Die Anwendung erfolgt im Bereich der Taue, Matten und Verpackungsmaterial. Neuere Entwicklungen sehen den Einsatz (Einzelfaser, geschnittene Faserstränge) in der Aufmachung Vliesstoff für die Kunststoffverstärkung vor. Bekannt sind Hutablagen und Türseitenverkleidungen im Automobilbereich.

1.1.1.5. Kokos (Cocos nucifera)

Die Kokosfasern, die äußere Umhüllung der Kokosnuss, werden über natürliche Röste und grob mechanische Vorgänge gewonnen. Die Fasern sind verspinnbar und finden in der Seilerei, in Matten, Teppichen und Läufern Verwendung. Bekannt ist die hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung, Feuchte und Witterungseinflüsse. Über das von Daimler-Chrysler initiierte Projekt POEMA (Programma Pobreza e Meio Ambiente na Amazonia / Armut und Umwelt in Amazonien) wird die Kokosfaser in Kopfstützen des Automobils eingesetzt.

1.1.2 Tierische Fasern

1.1.2.1 Wolle (Ovis aries L.)

Die Haare der verschiedenen Hausschafrassen werden als Wolle bezeichnet. Zusatzbezeichnungen können die Art der Gewinnung (Schurwolle), Alter (Lammwolle) und Geschlecht, Schafgattung (Merino), Zustand (Rohwolle), Körperstellen und Provenienz charakterisieren. Erzeugerländer sind Australien, GUS, Neuseeland, China, Argentinien, Südafrika, Uruguay, Großbritannien und Türkei. Zur Wollgewinnung werden die Schafe geschoren. Das zusammenhängende Wollkleid (Vlies) wird sortiert, gewaschen, erforderlichenfalls karbonisiert (Entfernen pflanzlicher Bestandteile). Die Weiterverarbeitung nach dem Kammgarnspinnverfahren führt zu feinen und nach dem Streichgarnspinnverfahren zu groben, voluminösen Garnen. Voraussetzung für die Kammgarnspinnerei ist ein in der Wollkämmerei nach einem mehrstufigen Verfahren hergestellter Kammzug. Eine Verspinnung nach heute üblichen OE-Rotor- oder OE-Friktionsspinnverfahren ist möglich.

Der Querschnitt der Wollfaser ist rund. In der Längsansicht zeigt sie dachziegelförmig angeordnete Schuppen. Je nach Feinheit wird sie für feine Oberbekleidung, sportliche, strapazierfähige Bekleidung sowie Teppichen eingesetzt. Wollstoffe zeigen infolge der Verbundstruktur der Fasern (Fibrillen-Matrix-Anordnung) eine ausgeprägte Elastizität. Ihr Wärmeisolations- und Feuchtaufnahmevermögen ist gut. Eine spezifische Eigenschaft der Wollfaser ist ihre Neigung zum „Verfilzen". In Anlehnung an die Vliesstoffherstellung lassen sich an der Krempel Faservliese bilden. Unter dem Einfluss von Temperatur, Feuchte, Druck, Chemikalien und mechanischer Beanspruchung lassen sich diese stark verfestigen. Sie sind einsetzbar als Dichtungen, Filter, Aufnahme von Lösungen, Ölen und Flüssigkeiten, zur Dämpfung und Isolierung.

1.1.2.2 Seide (Bomby mori L.)

Die gezüchtete Seidenraupe, der Maulbeerspinner, ernährt sich von den Blättern des Maulbeerbaumes. Nach etwa 30 Tagen beginnt sie sich zu verpuppen. Für den Kokon (Puppe) wird dazu aus einer Spinnwarze an der Unterlippe ein Faden gespeist. Dieser in zwei Spinndüsen gebildete Faden besteht aus zwei Fibroinfilamenten umhüllt von einem Sericinmantel (Seidenleim/-bast), der an der Luft erstarrt. Der taubeneigroße Kokon enthält etwa 2000 m Faden, der abgewickelt (abgehaspelt) werden kann. Die Längsansicht ist glatt und strukturlos, der Querschnitt elliptisch bis leicht dreieckig. Die Seide wird zu Bekleidungs-, Heim- und technischen Textilien eingesetzt. Für die Vliesstoffherstellung hat sie kaum Bedeutung. Erzeugerländer sind China, Indien, Japan, GUS, Brasilien, Korea, Thailand, Türkei, Frankreich.

1.2 Chemiefasern

Elke Beckmann, Gerald Ortlepp

1.2.1. Chemiefasern aus natürlichen Polymeren

1.2.1.1 Cellulosische Chemiefasern

Allgemein

Cellulosische Chemiefasern, auch regenerierte Cellulosefasern oder Celluloseregeneratfasern genannt, gehören der Gruppe der Chemiefasern aus natürlichen Polymeren an. Zu ihnen zählen Viskose-, Cupro-, Modal- (als HWM- oder Polynosicfaser) und aus anderen Lösungsmitteln ersponnene Fasern wie beispielsweise Lyocellfaserstoffe. Die Weltproduktion betrug 2005 ca. 3,3 Mill. t. Die ebenfalls auf Cellulose basierenden Acetatfasern gehören nicht zu ihnen, da sie aus einem Cellulosederivat bestehen.

Als Viskose (CV) werden Fasern aus Cellulose nach dem Viskoseverfahren bezeichnet. Modalfasern (CMD) werden nach einem modifizierten Viskoseverfahren hergestellt. Gegenüber der Viskosefaser verfügen sie über eine höhere Festigkeit und höheren Nassmodul. Cupro (CUP) ist die Bezeichnung für Cellulosefasern, die nach dem Kupferoxidammoniakverfahren hergestellt werden. Heute werden Celluloseregeneratfasern auch mit Hilfe anderer, sogenannter CS2-freier Lösungsmittel hergestellt. Industrielle Bedeutung haben hier bisher die Lyocellfaserstoffe (CLY) erlangt. Natürliche Ausgangsrohstoffe sind Zellstoffe jeglicher Art. Es werden vorrangig Nadel- und Laubholzzellstoffe eingesetzt; Baumwolllinters oder Bambus werden ebenfalls industriell genutzt. Cellulosische Chemiefasern lassen sich mit allen bekannten Verfahren zu textilen Flächengebilden verarbeiten. Ihr Einsatzpotenzial ist universell.

Aufmachung

Als Aufmachungsformen für die unterschiedlichsten Anwendungen werden Filamentgarne, endliche Spinnfasern in beliebigen Schnittlängen, Kurzschnittfasern mit 3–20 mm sowie Mahlfasern oder Pulpe mit < 2 mm industriell angeboten. Konventionelle Faserfeinheiten liegen im Bereich gröber 1,0 dtex; Mikrofasern werden heute als feinster Titer mit 0,3 dtex angeboten.

Spezialtypen

Cellulosische Chemiefasern sind sowohl als Standardtype als auch in Form von Spezialtypen erhältlich. Die Hersteller entwickeln hierbei ständig neue Typen; alte verschwinden vom Markt. Beispielhaft sollen spinngefärbte, mattierte, mit speziellen Präparationen (z. B. für Hygieneanwendungen) ausgerüstete, mit antibakteriellen, elektrisch leitfähigen oder Röntgenkontrastzusätzen versehene Typen, Kräuseltypen, hochsaugfähige, schwer entflammbare und querschnittsmodifizierte Typen genannt sein. Je nach Verarbeitungstechnik und Einsatzgebiet empfiehlt es sich, bei den Herstellern nach aktuellen Spezialtypen und deren Eigenschaftsprofilen nachzufragen.

Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften In Tab. 1.2 werden die mechanischen Eigenschaften gebräuchlicher cellulosischer Chemiespinnfasern aufgelistet. Spezial- und Sondertypen können davon abweichen.

Andere Eigenschaften Cellulosische Chemiefasern bestehen aus reiner Cellulose. Sie sind nicht toxisch, ökologisch unbedenklich und stellen kein Gefahrgut dar. Die Fasern können problemlos deponiert oder verbrannt werden. Sie werden im nicht ausgerüsteten Zustand von Mikroorganismen und Pilzen angegriffen und sind biologisch sehr gut abbaubar. Cellulose besteht aus den Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff(O). Die chemische Summenformel ist (C6H10O5)n. Cellulosische Chemiefasern sind zu etwa 5 % und mehr amorph. Die Dichte der Fasern bewegt sich im Bereich von 1,50 g/cm³ bis 1,52 g/cm³. Das chemische und thermische Verhalten der Standardfasern ähnelt dem der Baumwolle. Die Fasern sind brennbar und schmelzen nicht. Temperaturen > 100 °C können bei langer Einwirkdauer zu Vergilbungen bis hin zu Festigkeitsverlusten führen. Kurzzeitig sind sie bis 200 °C belastbar. Oberhalb 175 °C beginnt die thermische Zersetzung. Die Zündtemperatur liegt bei ca. 460 °C. Lange Belichtungszeiten führen ebenfalls zu Vergilbungen. Säuren und Laugen führen je nach Konzentration und Einwirkdauer zu Faserschäden bis zur Zerstörung.

Tabelle 1.2 Mechanische Eigenschaften gebräuchlicher cellulosischer Chemiespinnfasern [7–11]

Ch01_images005.jpg

In Wasser und den gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln sind die Fasern unlöslich.

Fasern, Garne und textile Flächen aus cellulosischen Chemiefasern werden ähnlich wie Textilien aus nativen Cellulosefasern gefärbt und ausgerüstet. Vom Faserhersteller werden die Fasern mit einer auswaschbaren Faserpräparation (Primäravivage) in Größenordnungen von 0,1 bis 0,4 % versehen. Sie sichert ein optimales Haft-Gleitverhalten der Faser bei der Verarbeitung und leitet elektrostatische Aufladungen ab. Für besondere Anwendungen wie im Hygienesektor werden zertifizierte Sonderavivagen eingesetzt. [7–10]

Fasertypische Besonderheiten

Cupro-Fasern Cupro-Fasern bzw. –Filamentgarne werden weltweit nur noch in einem geringen Umfang produziert. Cupro-Fasern übertreffen die Viskose in ihrem seidenartigen Aussehen und Griff. Aufgrund der Faserstruktur sind sie besonders gut für die Blutdialyse einsetzbar. Ihre Dichte beträgt 1,52 g/cm³. Neben der Blutdialyse werden sie für hochwertige seidenähnliche Textilien, Futterstoffe, Kleider, Blusenstoff, Damenunterwäsche und Dekoartikel eingesetzt. Für den Vliesstoffsektor sind sie unbedeutend.

Viskosefaser Besonderheiten sind ihr unregelmäßiger, gelappter Querschnitt, die Kern-Mantel-Struktur und die geringe Nassfestigkeit (ca. 50 % der Festigkeit im konditionierten Zustand). In Wasser quellen die Fasern, werden um etwa 3–5 % länger und ihre Querschnittsfläche verdoppelt sich. Eingesetzt werden Viskosefasern rein oder in Mischungen mit Baumwolle oder synthetischen Fasern. Wegen ihrer hohen Feuchteaufnahme dienen sie in Mischungen mit Synthesefasern als bekleidungsphysiologische Komfortkomponente. In Geweben, Gestricken, Gewirken und Vliesstoffen bewirken Viskosefasern einen besonders weichen Griff und fließenden Fall. Stoffe aus Viskose lassen sich sehr gut bedrucken und zeigen besonders brillante Farben.

Die universelle Einsetzbarkeit der feineren baumwolltypischen Fasern reicht von klassischen Bekleidungstextilien der Oberbekleidung und Unterwäsche, über Arbeitsbekleidung, Tisch- und Bettwäsche, den Dekobereich, den Hygienesektor, Wundverbandstoffe bis hin zum technischen Einsatz. Die gröberen Woll- und Teppichtypen der Viskosefaser sind in den Bereichen Möbelstoffe, Decken und Teppiche meist in Mischungen mit anderen Faserstoffen einsetzbar.

Viskosefilamentgarne werden für Oberbekleidung wie Kleider, Blusen, Röcke, T-Shirts, Futterstoffe und Krawatten eingesetzt. Viskose-Filamentgarne als hochfeste Type findet man im Bereich des Reifencords als Verstärkungsmaterial.

Modalfaser Modalfasern sind gegenüber den Viskosefasern durch Modifikationen bei der Herstellung struktur-modifiziert. Als Untertypen unterscheidet man die Polynosicfasern (Polymere non synthetique) und die HWM-Fasern (High-wet-modulus). Sie unterscheiden sich in ihrer Herstellungstechnologie und in ihren mechanischen Eigenschaften. Die Polynosicfasern sind etwas fester, verfügen über eine geringere Reißdehnung und höheren Nassmodul. Die Modalfaser zeichnet sich gegenüber der Viskosefaser durch wesentlich höhere Festigkeiten im konditionierten und nassen Zustand, höheren Nassmodul, geringeres Wasserrückhaltevermögen, geringere Quellung und höhere Alkalibeständigkeit aus. In Textilien bewirken Modalfasern gegenüber Viskosefasern eine höhere Reiß- und Scheuerfestigkeit. Modalfasern besitzen ähnliche Eigenschaften wie die Baumwolle und werden oft in Mischungen für hochwertige Qualitätsprodukte eingesetzt. Von vielen Anwendern werden Modalfasern als Substitut für Baumwolle verwendet. Rein als auch in Mischungen mit Baumwolle und Polyester findet man Modalfasern in den Bereichen Oberbekleidung, Tag- und Nachtwäsche, Sport- und Freizeit, Tisch- und Bettwäsche, Frottierartikel, Heimtextilien und technische Textilien.

Lyocellfaser Die Hauptproduktionsmengen sind heute der Bereich der Spinnfasern. Filamentgarne werden nur in geringen Mengen für Spezialanwendungen produziert.

Lyocellfasern zeichnen sich durch eine hohe Nass-, Trocken- und Schlingenfestigkeit aus. Die Faseroberfläche ist glatt, der Querschnitt rund. Sie verfügen über eine hohe Schrumpfbeständigkeit bei tiefer Anfärbbarkeit. Konventionelle Lyocellfasern fibrillieren im feuchten und nassen Zustand bei intensiver Faserlängsreibung. Bei textilen Nassbehandlungen des Färbens und Waschens kann dieser Effekt verstärkt oder unterdrückt werden. Bei der Wasserstrahlverfestigung von Vliesstoffen wird das Fibrillieren festigkeitserhöhend ausgenutzt. Neuere Entwicklungen der Faserhersteller sind fibrillationsarme bzw. fibrillationsfreie Sortimente. Ihr Einsatzpotenzial ist universell von der Bekleidung bis zum technischen Sektor. Ihre hohe Faserfestigkeit und ihr Fibrillationseffekt lassen sich besonders gut im Vliesstoffsektor, für Filter und Spezialpapiere ausnutzen.

1.2.1.2 Chemiefasern aus Cellulosederivaten

Acetatfasern (AC) und Triacetatfasern (CTA)

Zur Herstellung von Cellulose-Acetat wird Cellulose mit Essigsäure verestert. Je nach Veresterungsgrad unterscheidet man Cell-2,5-acetat (AC) und Cell-3-acetat (CTA). Hergestellt werden die Fasern nach dem Trockenspinnverfahren durch Ausfällen des Fadens aus einem niedrig siedenden Lösungsmittel wie Aceton für AC oder Methylenchlorid/Methanol für CTA. Acetatfasern als auch CTA verfügen im Gegensatz zu den cellulosischen Chemiefasern über einen Erweichungs- und Schmelzpunkt. Acetatfasern und CTA sind in verdünnten Säuren beständig. Neben konzentrierten Säuren lösen sich AC in Azeton, Dichlorethylen, Phenol und Chloroform. Unlöslich sind sie in reinem Benzin, Benzen, Perchlorethylen, Trichlorethylen Toluol und Xylol. Triacetat löst sich in Chloroform und Methylenchlorid. Es quillt in Trichlorethylen und widersteht Benzin, Benzol, Toluol, Xylol, Perchlorethylen und den meisten Kohlenwasserstoffen [12].

Die Hauptanwendungsform von Acetatfaserstoffen sind Filamentgarne. Sie sind im Griff der Naturseide ähnlich. Im Vergleich zu den cellulosischen Chemiefasern nehmen Acetatfasern jedoch wesentlich weniger Wasser auf. Textilien, die daraus bestehen, fühlen sich ähnlich wie Naturseide an und haben oft deren