Hanffaser

miniatur|Gewebe aus Hanffaser Hanffasern (HA) sind Fasern aus dem Bast des Stängels der Hanfpflanze. Gegenwärtig sind zur Fasergewinnung laut EU nur Hanfsorten mit einem THC (Tetrahydrocannabinol)-Gehalt von weniger als 0,2 % zugelassen.Dieter Veit: Fasern – Geschichte, Erzeugung, Eigenschaft, Markt. Springer Berlin 2023, ISBN 978-3-662-64468-3, S. 225. Die Fasern der Nutzhanfsorten werden als Faserwerkstoff für unterschiedliche Anwendungen genutzt. Die ältesten Nachweise für eine Verwendung der Hanffasern reichen dabei bis ca. 2800 v. Chr. zurück. Aufgrund ihrer Eigenschaften, vor allem der Festigkeit, wurden sie zur Herstellung von Segeltuch, Tauen und Seilen bis weit in das 20. Jahrhundert genutzt. Heute finden sie außerdem Verwendung in Textilien, Zellstoffen, Papieren sowie naturfaserverstärkten Kunststoffen. Gewebe aus Hanffasern in Leinwandbindung wird auch als „Hanfleinen“ bezeichnet, nicht zu verwechseln mit Hanfleinen (Schnur, Seil).

Faseraufbau, Inhaltsstoffe und Eigenschaften mini|links|Hanfstängel mit Fasern und holzigem Innenbereich mini|links|Hanfkamm 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 FasernJ. Sponner, L. Toth, S. Cziger, R. R. Franck: Hemp. In: Robert R. Franck (Hrsg.): Bast and other plant fibres. Woodhead Publishing, Cambridge 2005, S. 176–206. Inhaltsstoff Prozent Cellulose 75,0 Hygroskopisches Wasser 10,0 Pektine, Lignin 9,5 Mineralische Substanz 0,8 Pflanzenöle und -wachse 0,6 WasserlöslicheSubstanzen 2,1 Andere Bestandteile 2,0 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 Nutzhanfsorten 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.nova-Institut. 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.Peter Schütt: Weltwirtschaftspflanzen. Verlag Paul Parey, Berlin / Hamburg 1972, ISBN 978-3-489-78010-6, S. 156. 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 mini|Hanfernte

Die Hanfernte zur Fasergewinnung erfolgt im Regelfall zur Blütezeit der männlichen Pflanzen.Hemp. In: Hans Zoebelein (Hrsg.): Dictionary of Renewable Ressources. 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim / New York 1996, ISBN 3-527-30114-3, S. 137. 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 parallel ausgelegt (Längsfaser) und getrocknet. Der Trocknung folgt eine Wasserröste und eine erneute Trocknung auf dem Feld. Das immer noch parallel liegende 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. Hinzu kommen die ökologische Belastung durch die Wasserröste und die sehr hohe Ausfallrate der Fasern.

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 Voröffner, Reiniger, Vorauflöser 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 Stufenreinigungen, Walzen, 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 %. Werg fällt als Nebenprodukt nicht an, da alle Fasern zu Kurzfasern verarbeitet werden.

Verwendung und Anbau Historische Verwendung mini|hochkant|Hanfpflanzen Die Verwendung von Hanffasern lässt sich über mehrere Jahrtausende zurückverfolgen. Die ältesten Funde stammen aus China um 2800 v. Chr., wo Seile aus Hanffasern erzeugt wurden. Verwendung fand die Pflanze aber wohl schon seit der Yangshao-Kultur im 4. Jahrtausend v. Chr. Seit etwa 900 v. Chr. fand der Hanf auch in Vorderasien und Indien Verbreitung. Das älteste Textilfragment aus Hanffasern stammt aus einem Grab der Zhou-Dynastie (1122–770 v. Chr.), nahe Ankara wurden Hanftextilien aus dem 8. Jahrhundert v. Chr. gefunden.zur Frühzeit, siehe: Jürgen Schultze-Motel: Hanf. In: Lexikon früher Kulturen Bd. 1: A – L, Pahl-Rugenstein, 1984, ISBN 3-7609-0913-2, S. 344. Um 500 v. Chr. ist der Hanfanbau für den Raum zwischen China und dem Kaspischen Meer anzunehmen. In Europa wurde die Hanftextilherstellung ebenfalls durch Grabfunde nachgewiesen; hier stammt das älteste gewebte Fragment aus einem keltischen Grabhügel in der Nähe von Stuttgart aus einer Zeit etwa 500 v. Chr. und ein weiteres mit aufbereiteten Hanffasern aus einer Zeit um das Jahr 570 fand sich nahe Paris. Bis ins 3. Jahrhundert v. Chr. fand Hanf, vor allem in Form von Tauen und ähnlichen Produkten, den Weg bis nach Italien.zur Antike, siehe: Christian Hünemörder: Hanf. In: Der Neue Pauly. Band 5, Metzler, Stuttgart 1998, S. 151 f. Für das Spätmittelalter ist eine besondere Konzentration des Hanfanbaus im Baltikum und den angrenzenden Gebieten Russlands, Polen, Norddeutschland und den Niederlanden, der Bretagne und Burgund zu beobachten. Zu dieser Zeit war er neben dem Flachs die wichtigste Industriepflanze. Er wurde auch meist mit Flachs auf kleineren, gartenähnlichen Flächen angebaut. Hanf war jedoch leichter zu verarbeiten als Flachs. Wegen der großen Reißfestigkeit wurden daraus vor allem Segeltuche, Seile und Säcke gefertigt, zu Tuch wurde er hingegen aufgrund der Grobheit nur selten verarbeitet.zum Mittelalter, siehe: Christian Reinicke: Hanf. In: Lexikon des Mittelalters. Bd. 4, 1999, S. 1918 f.

Der älteste Nachweis von Papier aus Hanffasern stammt ebenfalls aus China von 140–87 v. Chr. und ist damit der älteste Papierfund Chinas. Hanfpapier wurde etwa ab dem Jahr 105 in China populär, gelangte aber erst im 13. Jahrhundert über den Vorderen Orient nach Europa. In Deutschland wurde es im 14. Jahrhundert erstmals nachgewiesen.

mini|Hanfseil