Industriehanf Faseraufbau

Hanffasern bilden die äußere Schicht des Stängels und sind in mehreren Lagen und als Faserbündel parallel zur Stängelachse sowie ringförmig im Phloem angeordnet. Sie bestehen aus langen übereinander und nebeneinander angeordneten Bastfaserzellen (Elementarfasern). Die Bündel bestehen aus 2 bis 40 Zelleinheiten, die als Primärfasern bezeichnet werden. Dabei sind die Fasern in den inneren Bündeln im Regelfall kürzer und feiner als die der äußeren Faserbündel. Die Einzelzellen haben einen Durchmesser von 10 bis 50 Mikrometer und Längen von 5 bis 55 Millimeter mit einem Durchschnitt von etwa 25 Millimeter. Sie sind durch Pektinsubstanzen mehr oder weniger stark verbunden, wodurch ein Faserbündel eine Gesamtlänge von einem bis drei Meter erreichen kann.

In ihrer Fasermorphologie und -qualität unterscheiden sich männliche und weibliche Hanfpflanzen. Die weiblichen Pflanzen haben eine längere Vegetationszeit und bilden dickere und festere Faserzellen, während der Anteil der Primärfasern in den männlichen Pflanzen höher ist. Entsprechend sind die Fasern der männlichen Hanfpflanzen feiner und können zu feineren Stoffen verwebt werden. Die der weiblichen Pflanzen sind dagegen deutlich fester und können eher für grobere Gewebe und Seile verwendet werden. Heute werden Fasern beider Geschlechter für eine mittlere Faserqualität gemeinsam verarbeitet.

Inhaltsstoffe der Fasern

InhaltsstoffProzent
Cellulose75,0
Hygroskopisches Wasser10,0
Pektine, Lignin9,5
Mineralische Substanz0,8
Pflanzenöle und -wachse0,6
Wasserlösliche
Substanzen
2,1
Andere Bestandteile2,0

Im weiteren Wachstum der Pflanze bilden sich vor allem im unteren Stängelbereich Sekundärfasern, welche die Stabilität des Stängels erhöhen und mit durchschnittlich zwei Millimetern Länge deutlich kürzer als die Primärfasern sind. Moderne Industriehanfsorten enthalten zwischen 30 und 40 % Faseranteile, wodurch Erträge von 1,5 bis 2 Tonnen pro Hektar Anbaufläche erreicht werden.

Je nach Reifezustand der Pflanze bestehen die Fasern aus 60–70 % Cellulose und 10–20 % Hemicellulosen. Diese Anteile können durch Ernteverfahren und spätere Produktionsschritte wie das Rösten und den Faseraufschluss bis zum Endprodukt variieren. Weitere Substanzen der Fasern sind Pektine, Lignin (2 bis 5 %), Mineralien, Fette und Wachse. Dabei enthält die Faser mehr Lignin als eine Flachsfaser und entsprechend weniger Cellulose. Sie ist vergleichsweise unempfindlich gegen Chemikalien: Gegen Basen ist sie vollständig unempfindlich und nur starke Säuren können die Faser beschädigen.

Die mechanischen Eigenschaften der Hanffaser können je nach Ausgangsmaterial wie bei allen Naturprodukten relativ stark variieren und nur als Durchschnittswerte angegeben werden. Die Bruchfestigkeit der Hanffaser ist mit 23 % ein wenig höher als die der vergleichbaren Flachsfaser und die spezifische Reißfestigkeit beträgt etwa 30 Reißkilometer. Die Dehnbarkeit liegt dagegen nur bei zwei bis drei Prozent und die Flexibilität ist abhängig von Bündelaufbau und der Feinheit der Fasern. In Garnen werden Festigkeit und Flexibilität erhöht, indem man Hanf– und Flachsfasern gemeinsam verspinnt und so die Eigenschaften beider Fasern nutzt. Die Wasseraufnahmefähigkeit der Hanffaser liegt bei etwa 8 % des Eigengewichtes, ohne dass Wasser austritt und sich das Material nass anfühlt; dieser Eigenschaft verdankte Hanf vor allem seine Bedeutung als Material für Seile, Taue, Netze und Segeltuch in der Schifffahrt. Auch ist es als Sommer- und Winterbekleidung sehr gut geeignet.

Faseraufschluss

Hanfernte

Die Hanfernte zur Fasergewinnung erfolgt im Regelfall zur Blütezeit der männlichen Pflanzen. Die Hanffasern werden durch Brechen und Walzen der Stängel vom Rest der Pflanze getrennt, dieser Prozess wird als Faseraufschluss bezeichnet. Dabei wird das Hanfstroh in Fasern und Schäben getrennt. Je nach Länge der so gewonnenen Fasern unterscheidet man zwischen dem Langfaseraufschluss und der Kurzfaser– und Gesamtfaserlinie.

Bei der Herstellung von Langfasern handelt es sich um das aufwändigere traditionelle Aufschlussverfahren, während die Kurzfaserlinie vor allem aufgrund des Verzichts auf die Wasserröste und die Parallellage des Strohs sowie durch die weitgehende Automatisierung die kostengünstigere Alternative zur Gewinnung von Fasern für technische Anwendungen ist.

Langfaseraufschluss

Der traditionelle Langfaseraufschluss wird heute nur selten und vor allem in Osteuropa, in China und Indien betrieben. Das Hanfstroh wird dabei nach der Ernte zur Fasergewinnung getrocknet. Der Trocknung folgt eine Wasserröste und eine erneute Trocknung auf dem Feld. Das Stroh wird anschließend gebrochen und über das Schwingen und Hecheln des Strohs werden die Langfasern gewonnen, die als spinnbare Fasern eine Länge von 150 Millimeter bis 1500 Millimeter haben sollten. Als Nebenprodukte der Langfasern fallen Schäben aus dem gebrochenen Holzkern sowie Werg und Superkurzfasern bzw. Staub an.

Die Langfaseraufbereitung verursacht hohe Kosten über die gesamte Wertkette. Vor allem der hohe Arbeitsaufwand und der teure Maschineneinsatz machen diese Aufbereitung in Ländern mit hohen Personalkosten unrentabel. Wegen der ökologischen Belastung wird die Wasserröste immer weniger verwendet, anstelle dessen die Feldröste.

Kurzfaser- und Gesamtfaserlinie

Kurzfasern werden in modernen Aufschlussanlagen produziert und für die technische Nutzung optimiert. Als Vorbehandlung für den Faseraufschluss der Kurzfaser- und Gesamtfaserlinie wird das Hanfstroh auf dem Feld gekürzt und geröstet und danach in Rund- und Quaderballen gepresst; eine Wasserröste wie bei der traditionellen Langfaseraufbereitung entfällt. Die Ballen werden in Wirrlage (Wirrfaser) einer Faseraufschlussanlage zugeführt und geöffnet.

Das Stroh wird anschließend in den aus unterschiedlich großen Zahnwalzen bestehenden Brecheinheiten gebrochen, um eine Trennung von Fasern und Holzkern zu ermöglichen. In mehreren Schritten werden die Holzbestandteile als Schäben von den Fasern getrennt, wobei das teilentholzte Stroh durch VoröffnerReinigerVorauflöser und schließlich Schüttel– und Nadelöffnungseinheiten geführt und damit in kleinere Faserbündel aufgelöst wird. Eine weitere Auflösung und Verfeinerung der Faserbündel zu Einzelfasern erfolgt über weitere StufenreinigungenWalzen, Kardiereinrichtungen und Auflöseeinheiten.

Durch die sehr starken mechanischen Beanspruchungen während der Auflösung kommt es zwangsläufig zu Schädigungen der Hanffasern, die je nach Reife- und Röstgrad unterschiedlich stark ausfallen können. Im Durchschnitt liegen die Faserverluste als Superkurzfasern oder Staub bei 20 % bis 25 %.

Eigenschaften
FaserlängeEinzelfaser 5–55, durchschn. 25 mm; Faserbündel 1–3 m
Faserdurchmesser10–50 µm, durchschn. 25 µm
Dichte1,48 g/cm³
Zugfestigkeit310 – 390 N/mm²; andere Angabe: 580 – 1110 N/mm²
Elastizitätsmodul69 GPa
Bruchdehnung1,6–2,7 %
Feuchtigkeitsaufnahme8 % bzw. 8,5 – 10 % bzw. 10 – 14 %
Chemische Beständigkeitbeständig gegen Basen, unbeständig gegen starke Säuren

Nassspinnverfahren von Hanffasern

Das Nassspinnverfahren von Hanffasern ist eine innovative Methode zur Herstellung von Textilien aus Hanffasern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spinnverfahren, bei denen die Fasern trocken verarbeitet werden, werden beim Nassspinnverfahren die Hanffasern in einem feuchten Zustand gesponnen.

Der Prozess beginnt mit der Aufbereitung der Hanffasern, bei der sie gereinigt und entwässert werden. Anschließend werden die Fasern gekämmt und paralellisiert, um sie geschmeidig und flexibel zu machen.

Die feinen und paralellisierten Fasern erleichtert den Spinnprozess und ermöglicht die Bildung von feinen Fäden. Die eingeweichten Hanffasern werden dann durch eine Spinndüse geleitet, die mit Hilfe von Druck und Geschwindigkeit die Fasern zu einem kontinuierlichen Faden verbindet. Dieser Faden kann dann weiterverarbeitet werden, um verschiedene Arten von Hanftextilien herzustellen, wie zum Beispiel Kleidung, Bettwäsche oder Accessoires. Das Nassspinnverfahren bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Spinnverfahren. Zum einen ermöglicht es eine bessere Faserorientierung, was zu einer höheren Festigkeit und Haltbarkeit der Hanftextilien führt. Zum anderen können durch das Nassspinnverfahren auch feinere Fäden hergestellt werden, was zu einer weicheren und angenehmeren Textur der Textilien führt.

Darüber hinaus ist das Nassspinnverfahren umweltfreundlicher als andere Spinnverfahren. Es erfordert weniger Energie und Chemikalien, da die Fasern in einem natürlichen Medium, nämlich Wasser, gesponnen werden. Dies reduziert den ökologischen Fußabdruck der Hanftextilproduktion und macht sie zu einer nachhaltigen Alternative zu herkömmlichen Textilien. Das Nassspinnverfahren von Hanffasern hat das Potenzial, die Textilindustrie zu revolutionieren, indem es hochwertige und nachhaltige Hanftextilien ermöglicht. Es bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten für Designer und Hersteller, um innovative und umweltfreundliche Produkte zu entwickeln. Mit dem steigenden Interesse an nachhaltigen Textilien wird das Nassspinnverfahren von Hanffasern immer mehr an Bedeutung gewinnen und einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung der Textilbranche leisten.

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