Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Chokri Cherif
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 The Textile Process Chain and Classification of Textile
Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Chokri Cherif
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Textile Process Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Textile Semi-finished Products and Preforms for Lightweight
Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.1 Classification, Distinction, and Definitions . . . . . . . . . 25
2.3.2 Preform and Preforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Advantages of the Integration of the Matrix as
Continuous Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4 Application and Performance Potential of Textile Semi-finished
Products and Preforms in Lightweight Construction . . . . . . . . 31
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Textile Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Christiane Freudenberg
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Technological Basics of Synthetic-Fiber Production . . . . . . . . 39
3.2.1 Principles of Synthetic-Fiber Production . . . . . . . . . . 39
3.2.2 Fiber Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 Molecular and Supramolecular Structure of Textile
Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.4 Surface Preparation for Textile Processing . . . . . . . . . 56
3.3 Reinforcement Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.2 Glass Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3.3 Carbon Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.4 Aramid Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.3.5 Other High-Strength Synthetic Fibers made from
Organic-Origin Synthetic Polymers . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3.6 Other High-Strength Synthetic Fibers Made from
Natural Polymers of Inorganic Origin . . . . . . . . . . . . 84
3.3.7 Metal Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.3.8 Natural Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.3.9 Technological Properties of High-Performance
Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.3.10 Overview of Reinforcement Fibers . . . . . . . . . . . . . . 89
3.4 Matrix Fibers from Thermoplastic Polymers . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.1 Tasks and General Characteristics of Matrix Fibers . . . 94
3.4.2 Major Matrix Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5 Requirement-Adapted Further Processing in the Textile
Process Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.5.1 Hybrid Filament Yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.5.2 Finishing of Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4 Yarn Constructions and Yarn Formation Techniques . . . . . . . . . . 103
Beata Lehmann and Claudia Herzberg
4.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.2 Yarn Parameters and Yarn Structure . . . . . . . . . . . . . 104
4.1.3 Yarns Made from Fiber Material Blends
(Hybrid Yarn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2 Single Yarn for Semi-finished Yarn Products . . . . . . . . . . . . . 110
4.2.1 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.2.2 Filament Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2.3 Slivers and Spun Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.4 Filament Spun Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.3 Plied Yarns for Semi-finished Yarn Products . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.1 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.2 Flat Twisted Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3.3 Cabled Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.3.4 Co-wrapping Ply Yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.4 Recommendations for the Processing into Semi-finished Yarn
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.5 Sewing Thread for the Assembly of Textile Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.5.2 Sewing Thread Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
4.5.3 Sewing Thread Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.6 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.7 Thread Finishing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.8 Significance of Threads for Fiber-Reinforced Plastic
Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5 Woven Semi-finished Products and Weaving Techniques . . . . . . . 159
Cornelia Sennewald, Gerald Hoffmann, and Roland Kleicke
5.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.2 Woven Fabric Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.2.2 Schematic Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.2.3 Basic Weave Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.2.4 Extended and Derived Basic Weave Patterns . . . . . . . 165
5.2.5 Jacquard Weave Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.3 Woven Fabric Parameters and Properties . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.3.1 Woven Fabric Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.3.2 Woven Fabric Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.4 Manufacture of Woven Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.4.1 Weaving Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.4.2 Basic Set-up of the Weaving Machine . . . . . . . . . . . . 175
5.4.3 Weft Yarn Feeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.4.4 Shed Formation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.4.5 Weft Insertion Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.4.6 Weft Beat-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.4.7 Woven Fabric Take-off and Storage . . . . . . . . . . . . . 187
5.5 2D Woven Fabric Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.5.1 Conventional 2D Woven Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.5.2 Two-Layer and Profiled Woven Fabrics . . . . . . . . . . . 188
5.5.3 Two-Dimensional Multilayered Woven Fabric
Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.5.4 Leno-Woven Fabric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.5.5 Multiaxial Woven Fabric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
5.5.6 Open Reed Woven Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.5.7 2D Polar Weave pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.5.8 Woven 3D Geometries in Shell Shapes . . . . . . . . . . . 199
5.6 3D Woven Fabric Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
5.6.1 Three-Dimensional Multilayered Woven Fabrics
with Integrally Woven Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
5.6.2 Woven Spacer Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.6.3 Terry Weaving and Pleated Woven Fabrics . . . . . . . . 204
5.6.4 3D Orthogonal Woven Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
5.6.5 3D Polar Woven Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.7 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6 Semi-finished Weft Knitted Fabrics and Weft Knitting
Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Wolfgang Tru¨mper
6.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
6.2 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
6.2.1 General Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
6.2.2 Binding Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
6.2.3 Basic Bindings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.2.4 Knitted Fabric Properties and Knitting Parameters . . . 224
6.2.5 Knitting Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.3 Flat and Circular Knitted Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.3.1 Shaping Possibilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.3.2 Production on Flat Knitting Machines . . . . . . . . . . . . 232
6.3.3 Production on Circular Knitting Machines . . . . . . . . . 235
6.3.4 Development Tendencies in Knitting Technology . . . 238
6.3.5 2D and 3D Knitted Fabrics with Integrated
Reinforcement Yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
6.4 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7 Warp-Knitted Semi-finished Products and Warp-Knitting
Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Jan Hausding and Jan Ma¨rtin
7.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.2 Pattern Construction in Warp-Knitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
7.2.1 Representation of Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
7.2.2 Pattern Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
7.2.3 Patterns for the Production of Technical Textiles . . . . 257
7.3 Manufacturing Basics of Warp-Knitted Fabrics . . . . . . . . . . . 260
7.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
7.3.2 Storage, Feeding, and Transport of Base Materials . . . 262
7.3.3 Joining of the Base Materials: Loop Formation
Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.3.4 Separation, Take-up, and Winding of the Fabric
Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
7.3.5 Process-Integrated Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
7.4 Machine Technology for Two-Dimensional Warp-Knitted
Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.4.1 Conventional RL Warp-Knitting Machines
for the Manufacture of Warp-Knitted Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.4.2 Multiaxial Warp-Knitting Machines for the Manufacture
of Warp-Knitted Reinforcement Structures . . . . . . . . . . 275
7.5 Machine Technology for Three-Dimensionally Warp-Knitted
Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
7.6 Parameters and Characteristics of Warp-Knitted Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
8 Braided Semi-finished Products and Braiding Techniques . . . . . . 289
Ezzedine Laourine
8.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
8.2 Classification of Braiding Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
8.3 Functional Principle of Braiding Machines . . . . . . . . . . . . . . . 291
8.4 2D-Braiding Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.4.1 Round Braiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.4.2 Sleeve Braiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.5 3D-Braiding Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
8.5.1 Sleeve Braiding of 3D-Structures . . . . . . . . . . . . . . . 295
8.5.2 3D-Braiding with Concentric Carrier Paths . . . . . . . . 296
8.5.3 3D-Braiding with Cartesian Carrier Paths . . . . . . . . . 297
8.5.4 3D-Braiding with Modular Carrier Drives . . . . . . . . . 297
8.6 Carrier Constructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
8.7 Impeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
8.8 Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
8.9 Applications of Braided Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
8.10 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
9 Nonwoven Semi-finished Products and Nonwoven Production
Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
Kathrin Pietsch and Hilmar Fuchs
9.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
9.1.1 Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
9.1.2 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
9.2 Production Methods for Nonwovens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
9.2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
9.2.2 Fiber Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
9.2.3 Basic Principles of Nonwoven Formation . . . . . . . . . 312
9.2.4 Basic Principles of Nonwoven Bonding . . . . . . . . . . . 319
9.2.5 Finishing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
9.3 Structure and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
9.3.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
9.3.2 Construction Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
9.3.3 Selected Structural Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
9.4 Selected Application Examples for Nonwoven Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
9.4.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
9.4.2 Technologies for the Production of Nonwoven Fabric
Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
9.4.3 Nonwoven Semi-finished Products for Fiber-Reinforced
Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
9.4.4 Nonwoven-Based Functional Layers for Filtration
and Energy Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.5 Development Tendencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
10 Embroidered Semi-finished Products and Embroidery
Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
Mirko Schade
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
10.2 Basic Principles of Embroidery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
10.3 Tailored Fiber Placement (TFP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
10.3.1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
10.3.2 Machine Technology and Embroidery Parameters . . . . 350
10.4 Embroidered Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
10.4.1 Two-Dimensional Embroidered Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
10.4.2 Three-Dimensionally Embroidered Semi-finished
Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
10.4.3 Embroidered Semi-finished Products with Yarn
Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
11 Pre-impregnated Textile Semi-finished Products (Prepregs) . . . . . . 361
Olaf Diestel and Jan Hausding
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
11.2 Thermoset Prepregs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
11.2.1 Free-Flowing Thermoset Prepregs and Molding
Compounds (SMC/BMC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
11.2.2 Non-free-flowing Thermoset Prepregs from Yarns
and Flat, Planar Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . 366
11.3 Thermoplastic Prepregs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
11.3.1 Free-Flowing Thermoplastic Prepregs and Pressing
Compounds (GMT/LFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
11.3.2 Non-free-flowing Thermoplastic Prepregs
with Continuous Fiber-Reinforcements from Yarns or
Flat, Planar Semi-finished Products . . . . . . . . . . . . . . . 373
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
12 Ready-Made Technologies for Fiber-Reinforced Plastic
Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Hartmut R€odel
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
12.2 Product Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
12.3 Cutting Layout and Material Utilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
12.4 Spreading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
12.4.1 Purpose of Spreading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
12.4.2 Spreading Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
12.4.3 Spreading Process Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
12.4.4 Treatment of Faults in the Reinforcement
Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
12.5 Cutting Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
12.5.1 General Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
12.5.2 Cutting of Reinforcement Textiles . . . . . . . . . . . . . . . 391
12.6 Textile Assembly by Sewing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
12.6.1 Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
12.6.2 Stitch Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
12.6.3 General Remarks Regarding Sewing Technology
in Preform Manufacture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
12.6.4 Seam Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
12.6.5 Sewing Technology for Composite Assembly . . . . . . . 410
12.6.6 Sewing Material Fixations and Composite Production
Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
12.6.7 Sewing-Technical Processing Centers . . . . . . . . . . . . . 417
12.6.8 Automated Handling of Textile Cutting Parts . . . . . . . 417
12.7 Textile Assembly by Means of Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
12.8 Textile Assembly in Preform Manufacture by Means
of Adhesive or Binder Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
13 Textile Finishing and Finishing Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
Heike Hund and Rolf-Dieter Hund
13.1 Introduction and Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
13.2 Chemical-Physical Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
13.2.1 Surface Energy, Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . 429
13.2.2 Surface Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
13.2.3 Chemical Properties of Textile Surfaces . . . . . . . . . . . 430
13.2.4 Chemical Properties of Fiber Materials . . . . . . . . . . . . 430
13.2.5 Chemical Properties of Spin Finishes and Sizing
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
13.2.6 Chemistry of the Matrix Interface . . . . . . . . . . . . . . . . 437
13.2.7 Topography of Textile Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
13.3 Material Combination and Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
13.3.1 Physical Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
13.3.2 Chemical Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.4 Experimental Determination of Physical and Chemical
Characteristics of Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.4.1 Investigations on Surface Energy of Textile
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
13.4.2 Investigations of the Chemistry of the Surfaces of Textile
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
13.5 Finishing Processes, Methods, and Technologies . . . . . . . . . . . 453
13.5.1 Spinning-Integrated Finishing of Fibers . . . . . . . . . . . . 453
13.5.2 Pretreatment of Textile Yarns and Fabrics in the
Finishing Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
13.5.3 Finishing of Textile Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
14 Textile Testing Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
Thomas Pusch
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
14.2 Laboratory and Test Engineering Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
14.2.1 Measuring Versus Testing Technology . . . . . . . . . . . . 480
14.2.2 Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
14.2.3 Test Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
14.2.4 Mechanical Displacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
14.2.5 Presentation of Test Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
14.3 Tests on Fibers and Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
14.3.1 Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
14.3.2 Linear Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
14.3.3 Tensile Strength, Young’s Modulus . . . . . . . . . . . . . . 492
14.4 Yarn Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
14.4.1 Linear Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
14.4.2 Twist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
14.4.3 Tensile Strength, Young’s Modulus . . . . . . . . . . . . . . 494
14.4.4 Sizing and Preparation Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
14.4.5 Moisture Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
14.4.6 Other Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
14.5 Tests on Textile Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
14.5.1 Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
14.5.2 Mass per Unit Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
14.5.3 Tensile Strength, Young’s Modulus . . . . . . . . . . . . . . 502
14.5.4 Flexural Rigidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
14.5.5 Resin and Fiber Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
14.5.6 Additional Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
14.6 Tests on Fiber-Reinforced Plastic Composites . . . . . . . . . . . . . 506
14.6.1 Tests Without Mechanical Loads . . . . . . . . . . . . . . . . 507
14.6.2 Tests at Low Deformation Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
14.6.3 Tests at High Deformation Rates . . . . . . . . . . . . . . . . 520
14.6.4 Other Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
14.7 Tests on Other Fiber-Based Composite Materials . . . . . . . . . . . 526
14.7.1 Textile Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
14.7.2 Textile-Reinforced Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
15 Modeling and Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
Lina Girdauskaite, Georg Haasemann, and Sybille Krzywinski
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
15.2 Deformation Behavior of Textile Semi-finished Products . . . . . 539
15.2.1 General Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
15.2.2 Tensile Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
15.2.3 Flexural Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
15.2.4 Shear Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
15.3 Computer-Assisted Simulation of the Deformation Behavior
of Textile Composite Reinforcements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
15.3.1 Models for Simulating the Deformation Behavior
Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
15.3.2 Kinematic Modeling of the Deformation Behavior . . . . 553
15.3.3 Local Structural Fixations for the Defined Draping
of Textile Structures on Strongly Curved Surfaces . . . . 563
15.4 Composite Material Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
15.4.1 Modeling the Fiber/Matrix Composite
(Micro-level) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
15.4.2 Modeling of the Textile in the Composite
(Meso-level) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
15.5 Material Properties of Composite Materials, Exemplified by
Multi-layered Weft-Knitted Fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
15.5.1 Experimental Examinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
15.5.2 Homogenization on the Basis of the Energy Criterion . . . 585
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
16 Processing Aspects and Application Examples . . . . . . . . . . . . . . . . 599
Chokri Cherif, Olaf Diestel, Thomas Engler, Evelin Hufnagl,
and Silvio Weiland
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
16.2 Composite Material Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
16.3 Fiber-Reinforced Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
16.3.1 General Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
16.3.2 Reinforcing Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
16.3.3 Matrix Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
16.3.4 Component Production and Applications . . . . . . . . . . . 612
16.4 Textile-Reinforced Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
16.4.1 Special Features of the Concrete Matrix . . . . . . . . . . . 626
16.4.2 Suitable Textile Fiber Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
16.4.3 Basics of Production Technology for Textile Concrete
Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630
16.4.4 Composite Behavior and Load-Bearing Capacity of
Textile Structures in Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
16.4.5 Influence of Textile-Technological Parameters
of Stitch-Bonding (Multiaxial Warp Knitting)
Technology on Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
16.4.6 Relevant Characteristics of Textile-Reinforced
Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
16.4.7 Repair and Strengthening of Existing Buildings/
Constructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
16.4.8 Formation of Textile-Reinforced Individual
Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
16.4.9 Development Trends for Textile-Reinforced
Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
16.5 Textile Membranes for Lightweight Constructions . . . . . . . . . . 646
16.5.1 Definition and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
16.5.2 Requirements for Construction Membranes . . . . . . . . . 648
16.5.3 Properties of Construction Membranes . . . . . . . . . . . . 649
16.5.4 Realization of Membrane Structures . . . . . . . . . . . . . . 653
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
Formula Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671