Thomas Gries Dieter Veit Burkhard Wulfhorst Textile Fertigungsverfahren Eine Einführung 2., überarbeitete und erweiterte Auflage HANSER
Vorwort zur 1. Auflage XVII Vorwort zur 2. Auflage XVII 1 Einleitung 1 1.1 Warum gibt es Fasern und Textilien? 1 1.1.1 Festigkeit und Dehnung 2 1.1.2 Oberfläche und Porosität 3 1.1.3 Mechanik von Festkörpern und textilen Strukturen 4 1.2 Geschichtliche Entwicklung der Textiltechnik 5 1.3 Fertigungsstufen 7 1.4 Typische Produkte aus Natur- und Chemiefasern 12 1.5 Garne 15 1.6 Textilien 15 1.7 Textile Produkte 18 1.8 Multiskalenmodell 22 1.9 Bedeutung der Textilindustrie 23 1.10 Welthandel mit Textilien 26 2 Rohstoffe 29 2.1 Naturfasern 31 2.1.1 Pflanzliche Fasern 33 2.1.1.1 Baumwolle (CO) 33 2.1.1.2 Flachs (Leinen) (LI) 37 2.1.1.3 Weitere Bast- und Hartfasern 43 2.1.2 Tierische Fasern 44 2.1.2.1 Wolle (Schafwolle) und feine Tierhaare (WO) 44 2.1.2.2 Seide (Maulbeerseide) (SE) 48 2.1.3 Mineralische Fasern 50
VI Inhalt 2.2 Chemiefasern 50 2.2.1 Herstellungsverfahren 52 2.2.2 Chemiefasern aus natürlichen Polymeren 56 2.2.2.1 Viskosefasern (CV) 57 2.2.2.2 Lyocellfasern (CLF) 60 2.2.2.3 Acetatfasern (CA) 65 2.2.3 Chemiefasern aus synthetischen Polymeren 66 2.2.3.1 Bildungsmechanismen zur Erzeugung von Makromolekülen 66 2.2.4 Chemiefasern aus anorganischen Rohstoffen 71 2.2.4.1 Glasfasern (GF) 71 2.2.4.2 Carbonfasern (CF) 74 2.2.5 Weiterverarbeitung 76 2.2.5.1 Verstrecken 76 2.2.5.2 Texturieren 79 2.2.5.3 Herstellung von Spinnfasern 82 2.3 Beispiele 85 2.3.1 Jeans 85 2.3.2 Teppich 86 2.3.3 Airbag 88 3 Garnherstellung 93 3.1 Baumwollspinnverfahren 93 3.1.1 Vorbereitungsmaschinen 96 3.1.1.1 Ballenabarbeitung 97 3.1.1.2 Öffnen, Reinigen 97 3.1.1.3 Mischen 98 3.1.1.4 Kardieren 100 3.1.1.5 Strecke 102 3.1.1.6 Bandvergleichmäßigung 103 3.1.2 Kämmerei 104 3.1.2.1 Kämmmaschine 106 3.1.3 Ringspinnverfahren 108 3.1.3.1 Flyer 108 3.1.3.2 Ringspinnmaschine 109 3.1.4 Nichtkonventionelle Spinnverfahren 111 3.1.4.1 OE-Rotorspinnen 112 3.1.4.2 Luftechtdrahtspinnen 115 3.1.4.3 Luftfalschdraht-Umwindespinnen 117 3.1.4.4 Übersicht: weitere nichtkonventionelle Spinnverfahren. 118 3.1.4.5 Vergleich: Spinnverfahren 118
VII 3.2 Spezielle Spinnverfahren 119 3.2.1 Streichgarnverfahren 119 3.2.1.1 Krempel 120 3.2.1.2 Nichtkonventionelle Streichgarnspinnverfahren 123 3.2.2 Kammgarnspinnverfahren 124 3.2.2.1 Doppelnadelstabstrecke, Kettenstrecke 126 3.2.3 Halbkammgarnspinnverfahren 128 3.3 Entwicklungsrichtungen 129 3.3.1 Vorbereitungsmaschinen 129 3.3.2 Herstellung von Spinnfasergarnen mit klar definierten Eigenschaftsprofilen 129 3.3.3 Produktionssteigerung durch Erhöhung der Spindeldrehzahl bei Ringspinnmaschinen 130 3.3.4 Ring/Läufer-Kombination 130 3.3.5 Bandverspinnung 130 3.3.6 Kompakt-und Verdichtungsspinnen 131 3.3.7 Nichtkonventionelle Spinnverfahren 131 3.3.8 Prozessleittechnik [Buchner et al., 1998] 131 3.4 Faser- und Garnnummerierungen 132 3.4.1 Längennummerierung 132 3.4.2 Gewichtsnummerierung 133 3.5 Berechnungsgrundlagen 135 3.5.1 Vorbereitungsmaschinen 135 3.5.2 Kämmerei 135 3.5.3 Ringspinnen 135 3.5.4 Rotorspinnen 136 3.6 Beispiele 137 3.6.1 Jeans 137 3.6.2 Teppich 137 3.6.3 Airbag 137 4 Gewebeherstellung 139 Co-Autor: C. Lenz 4.1 Produktionsverfahren 139 4.2 Webereivorbereitung 141 4.2.1 Spulen 141 4.2.2 Zwirnen 143 4.2.3 Kettbaumherstellung 145 4.2.4 Zetteln 145 4.2.5 Schären 145 4.2.6 Schlichten 146
VIII Inhalt 4.3 Gewebekonstruktion 147 4.3.1 Gewebedefinitionen 147 4.3.2 Rapport 14-7 4.3.3 Flottierung 147 4.3.4 Bindungspatrone 148 4.3.5 Bindungskurzzeichen 148 4.3.6 Grundbindungen 148 4.3.6.1 Leinwandbindung 148 4.3.6.2 Köperbindung 149 4.3.6.3 Atlasbindung 149 4.3.7 Besondere Verbindungstechniken 150 4.3.7.1 Cord und Schusssamt 150 4.3.7.2 Frottiergewebe 150 4.3.7.3 Doppelgewebe 151 4.4 Aufbau und Funktion von Webmaschinen 151 4.4.1 Kettablasssysteme 153 4.4.2 Exzentermaschinen 154 4.4.3 Schaftmaschinen 154 4.4.4 Jacquardmaschinen 155 4.4.5 Schützenwebmaschine 156 4.4.6 Projektilwebmaschine 157 4.4.7 Greiferwebmaschine 157 4.4.8 Düsenwebmaschine 157 4.4.9 Mehrphasen-Webmaschine 159 4.4.10 Schusseintragsleistung 160 4.4.11 Open Reed Weaving 160 4.5 Entwicklungsrichtungen 163 4.6 Beispiele 163 4.6.1 Jeans 163 4.6.2 Teppich 164 4.6.3 Airbag 166 5 Maschenwarenherstellung 169 Co-Autoren: A. Hehl, K.-P. Weber 5.1 Gestricke 171 5.1.1 Aufbau und Struktur 171 5.1.2 Maschenbildung 173 5.1.2.1 Jacquardtechnik 175 5.1.3 Strickmaschinen 177 5.1.3.1 Flachstrickmaschinen 177
IX 5.1.3.2 Rundstrickmaschinen 178 5.1.3.3 Abstandsstrickmaschinen 181 5.2 Wirken 182 5.2.1 Aufbau und Struktur 183 5.2.2 Wirkmaschinen 184 5.2.2.1 Kulierwirkmaschinen 184 5.2.2.2 Kettenwirkmaschinen 186 5.2.2.3 Abstandsgewirke 189 5.3 Entwicklungsrichtungen 190 6 Vliesstoffe 193 Co-Autor: A. Gräber 6.1 Grundlagen 193 6.2 Markt 195 6.3 Rohstoffe 197 6.4 Herstellungsverfahren 198 6.4.1 Vliesbildung 200 6.4.1.1 Mechanische Vliesbildung 200 6.4.1.2 Aerodynamische Vliesbildung 204 6.4.1.3 Hydrodynamische Vliesbildung 205 6.4.1.4 Spinnvlies-Verfahren 206 6.4.1.5 Marktbedeutung 209 6.4.2 Vliesverfestigung 210 6.4.2.1 Mechanische Vliesverfestigung 210 6.4.2.2 Thermische Vliesverfestigung 212 6.4.2.3 Chemische Vliesverfestigung 213 6.4.2.4 Verfestigung durch Nähwirken 214 6.4.2.5 Marktanteile 214 6.5 Trocknung 215 6.5.1 Ausrüstung 216 6.5.1.1 Verfahren zur Verbesserung des textilen Falls 216 6.5.1.2 Verfahren aus der Lederausrüstung 217 6.5.1.3 Heißsiegelbeschichtungen 217 6.6 Einsatzgebiete 218 7 Geflechtherstellung 221 7.1 Einteilung der Geflechte 222 7.1.1 Muster 223 7.2 Flechtverfahren 224
7.2.1 Konventionelle Flechtverfahren 224 7.2.1.1 Litzenflechtmaschinen 224 7.2.1.2 Spitzenflechtmaschinen 226 7.2.1.3 Packungsflechter 227 7.2.2 Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Geflechten... 228 7.2.2.1 Rundflechten (Multilayer-Interlock-Braiding oder Through-The-Thickness-Braiding) und Umflechten 228.. 7.2.2.2 Magnaweave/Omniweave oder 4-Step-Braiding- Verfahren 230 7.2.2.3 2-Step-Braiding-Verfahren 231 7.2.2.4 Weiterentwicklungen der bisher genannten Verfahren 232 7.3 Einteilung der Geflechte 234 7.4 Entwicklungsrichtungen 237 8 Gelegeherstellung 239 Co-Autor: A. Schnabel 8.1 Vom Kettengewirk zum multiaxialen Gelege 240 8.2 Biaxiale Gelege 242 8.2.1 Struktur 243 8.2.2 Prinzip 243 8.2.3 Stichtypen 244 8.3 Multiaxiale Gelege (MAG) 245 8.3.1 Struktur 245 8.3.2 Prinzip 246 8.4 Abstandsgelege 248 8.4.1 Aufbau der Struktur 248 8.4.2 Prinzip 248 8.5 Gestrickte Gelege 249 8.5.1 Aufbau der Struktur 249 8.5.2 Prinzip 250 8.6 Trends 250 9 Textilveredelung 253 Co-Autor: N. Saeger 9.1 Vorbehandlung 254 9.1.1 Trockenvorbehandlung 254 9.1.2 Nassvorbehandlung 255 9.1.3 Faserstoffspezifische Vorgänge 260 9.1.3.1 Baumwolle 260
XI 9.1.3.2 Wolle 262 9.1.3.3 Seide 264 9.2 Trocknen 264 9.3 Farbgebung 266 9.3.1 Färben 266 9.3.2 Drucken 269 9.4 Appretur 9.4.1 Chemische Appretur 274 9.4.2 Mechanische Appretur 274 9.4.3 Thermische Appretur 275 9.5 Beschichten 275 273 9.6 Entwicklungsrichtungen 276 9.7 Beispiele 277 9.7.1 Jeans 277 9.7.2 Teppiche 278 9.7.3 Airbag 280 10 Konfektion 281 Co-Autor: V. Niebel 10.1 Teilen 282 10.1.1 Schnittbilderstellung 282 10.1.2 Richtungsorientierung 283 10.1.3 Musterorientierung 283 10.1.4 Schnittbildarten 284 10.1.5 Verfahren zur Schnittbilderstellung/Übertragung 284 10.1.6 Zuschneiden 284 10.1.7 Markieren 286 10.1.8 Arbeitsvorbereitung 286 10.2 Fügeverfahren in der Konfektion 286 10.2.1 Nähen 287 10.2.1.1 Fadengeberhebel 290 10.2.1.2 Fadenspannungsvorrichtungen 291 10.2.1.3 Transport 291 10.2.1.4 Systematik der Nähnähte 293 10.2.2 Kleben und Fixieren 295 10.2.3 Schweißen 295 10.3 Formen 300
XII Inhalt 10.4 Automatisierung 301 10.5 Entwicklungsrichtungen 307 11 Technische Textilien 311 Co-Autor: P. Schuster 11.1 Definitionen von Technischen Textilien 311 11.2 Beispiele für Technische Textilien 312 11.2.1 Faserverbundwerkstoffe (FVW) 312 11.2.2 Förderbänder 313 11.2.3 Reifen 314 11.2.4 Sicherheitstextilien (Mobiltech, Protech) 316 11.2.4.1 Airbag 317 11.2.4.2 Panzerung von Automobilen 318 11.2.4.3 Schutzkleidung für die Feuerwehr 319 11.2.5 Textilien für den Hoch- und Tiefbau (Buildtech) 320 11.2.5.1 Textilbewehrter Beton 320 11.2.5.2 Beschichtete Textilien 323 11.2.6 Geotextilien (Geotech) 325 11.2.7 Textilien in der Medizin (Medtech) 333 11.2.7.1 Hygienetextilien 334 11.2.7.2 Medizintextilien 335 11.3 Entwicklungsrichtungen 340 12 Textile Prüfungen 345 12.1 Normen 345 12.2 Prüfklima 346 12.2.1 Bestimmung des Prüfklimas 346 12.3 Prüfungen an Fasern 348 12.3.1 Feinheit 348 12.3.1.1 Bedeutung 349 12.3.1.2 Kenngrößen 349 12.3.1.3 Messverfahren 349 12.3.2 Faserlänge 351 12.4 Prüfungen an Garnen 353 12.4.1 Feinheit 353 12.4.1.1 Weifverfahren 353 12.4.2 Drehung 354 12.4.2.1 Spinnfasergarne 354 12.4.2.2 Filamentgarne 354 12.4.2.3 Zwirne 354
XIII 12.4.3 Mechanische Kennwerte 355 12.4.3.1 Messung 355 12.4.3.2 Messprinzip 358 12.4.3.3 Diagramm 358 12.4.3.4 CV-Wert 359 12.4.3.5 Normal-Spektrogramm 360 12.5 Prüfungen an Textilien 361 12.5.1 Geometrie und Konstruktion 362 12.5.1.1 Dicke 362 12.5.1.2 Länge und Breite 363 12.5.2 Festigkeit und Dehnung 363 12.5.3 Verhalten gegenüber Wasser 365 12.5.3.1 Wasseraufnahmevermögen 365 12.5.3.2 Wasserrückhaltevermögen 365 12.5.3.3 Wasserabweisendes Verhalten 366 12.6 Prüfungen an konfektionierten Textilien 366 12.6.1 Oberflächenveränderung 366 12.6.1.1 Scheuerverhalten 367 12.6.1.2 Pilling 368 12.6.2 Verhalten gegenüber Feuchte und Wasser 370 12.6.2.1 Maßänderung 370 12.6.3 Farbechtheit 371 12.6.3.1 Begriffe 371 12.6.3.2 Graumaßstäbe 371 12.6.3.3 Blaumaßstab (DIN EN ISO 105-B01 und -B02) 372 12.6.4 Fall und Drapierbarkeit 373 12.6.4.1 Messverfahren 374 12.7 Bekleidungsphysiologische Prüfungen 374 12.7.1 Wärmehaushalt des Körpers 375 12.7.2 Hohensteiner Hautmodell 377 12.7.3 Thermoregulationsmodell 378 12.8 Prüfungen an technischen Textilien 379 12.8.1 Fasern 379 12.8.2 Garne 380 12.8.3 Textilien 380 12.8.4 Composites/Faserverbundwerkstoffe 380 12.9 Entwicklungsrichtungen 381
XIV Inhalt 13 Entsorgung von Textilien 383 13.1 Stoffkreislauf in der Textilindustrie 384 13.1.1 Lebensstufen eines Produktes 384 13.1.2 Kreislaufwirtschaftsgesetz und Warenkennzeichnung 387 13.2 Stoffliches Recycling 388 13.2.1 Faserrückgewinnung 388 13.2.2 Bekleidung 389 13.2.3 Teppichböden 391 13.2.4 Autotextilien 392 13.2.5 Aufbereitung und Verarbeitung von Sekundärfasern 393 13.2.5.1 Verarbeitung 395 13.2.6 Thermisches Stoffrecycling 398 13.2.7 Depolymerisation 398 13.3 Thermisches Recycling 399 13.4 Deponierung 400 13.5 Umweltschutz in der Textilwirtschaft 400 13.5.1 Umweltfreundliche Produktionsverfahren 401 13.5.2 Öko-Labels 402 13.5.2.1 Öko-Tex Standard 100 und 1000 402 13.5.2.2 Ecoproof 404 13.5.2.3 EU Öko-Label 404 13.6 Entwicklungsrichtungen 406 13.7 Beispiele 406 13.7.1 Jeans 406 13.7.2 Teppich 406 13.7.3 Airbag 406 14 Simulation 409 Co-Autor: Y.-S. Gloy 14.1 Arten der Simulation 409 14.2 Wirtschaftlichkeit und Verifikation 410 14.3 Modellbildung 410 14.3.1 Arten der Modellbildung 410 14.3.1.1 White Box-Modell 411 14.3.1.2 Black Box-Modell 411 14.3.1.3 Grey Box-Modell 411 14.3.1.4 Möglichkeiten der Vereinfachung 411 14.3.2 Wissensbasierte Modelle 412 14.3.3 Expertensysteme 412
XV 14.3.3.1 Fallbasierte Systeme 412 14.3.3.2 Regelbasierte Systeme 412 14.3.3.3 Entscheidungsbäume 413 14.3.3.4 Anwendungen 413 14.4 Analytische Simulation von Maschinen und Prozessen 414 14.4.1 Garnherstellung 415 14.4.2 Gewebeherstellung 418 14.4.3 Veredelung 420 14.4.4 Empfehlungen zur Vorgehensweise 420 14.5 Numerische Simulation von Maschinen und Prozessen 421 14.5.1 Neuronale Netze 421 14.5.1.1 Biologische Grundlagen 421 14.5.1.2 Modell 423 14.5.1.3 Anwendungen 424 14.5.1.4 Empfehlungen zur Vorgehensweise 430 14.5.2 Genetische und evolutionäre Algorithmen 431 14.5.2.1 Grundlagen 431 14.5.2.2 Evolutionstheorie 432 14.5.2.3 Genotyp und Phänotyp 433 14.5.2.4 Mathematisches Modell 433 14.5.2.5 Anwendungen 434 14.5.3 Fuzzy-Logik 436 14.5.3.1 Grundlagen 436 14.5.3.2 Mathematisches Modell 436 14.5.3.3 Anwendungen 438 14.5.3.4 Empfehlungen zur Vorgehensweise 439 14.6 Simulation von Garnen und textilen Strukturen 439 14.6.1 Garne 439 14.6.2 Textile Strukturen 440 14.7 Industrie 4.0 - Leitsysteme und kognitive Maschinen 441 15 Autoren 447 Thomas Gries 447 Dieter Veit 447 Burkhard Wulfhorst 448 Co-Autoren 448 Danksagung 449 Index 451