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Faserlängenmessung mittels Bildbearbeitung

MDTA4 der Firma Textechno mit Faserlängenmessmodul (Foto: Textechno)
    Dr.-Ing. Sibylle Schmied

    Bereichsleiterin Prüftechnologien, Kleinserienproduktion, Prototypenbau

    T +49 (0)711 93 40-383

DITF entwickeln mit Textechno neue Messmethode

Wer die Faserlänge und die Längenverteilung im Rohstoff genau kennt, kann bei der Spinnvorbereitung und der Produktion viel Geld sparen. Dabei interessiert vor allem die maximale und die mittlere Faserlänge, da diese für die Festigkeit des Garnes und der textilen Fläche mit auschlaggebend sind. Fast ebenso wichtig ist es, den Kurzfasergehalt genau bestimmen zu können, weil von ihm abhängt, wie sich die Faser während des Spinnprozesses verarbeiten lässt und welche Qualität das fertige Kleidungsstück hat. Beispiele sind der Substanzverlust und die Pillbildung. Deshalb müssen die in einer Faserprobe enthaltenen Fasern exakt vermessen und in einer Häufigkeitsverteilung sichtbar gemacht werden.

Als Kurzfasern werden Fasern kürzer als 12,5mm bezeichnet. Sie gehen zu einem großen Teil innerhalb des Spinnprozesses verloren oder werden bei der Herstellung von besonders hochwertigen Garnen ausgekämmt. Ein Kammspinner muss demzufolge bis zu 125% Fasermaterial einkaufen um daraus 100% Garn erspinnen zu können. Da der Materialeinsatz 50% der Garnherstellungskosten ausmacht, ist der Kurzfaseranteil ein bedeutender Kostenfaktor.

Faserlängenmessungen werden nach zwei Prinzipien eingeteilt. Es gibt die Einzelfasermessung und die Messung anhand von Faserbündeln. Letztere hat den Vorteil, dass mit einer Messung sehr viele Fasern erfasst werden. Nachteil ist, dass das Ergebnis nicht auf die eigentlichen Faserlängen sondern eher auf die Fasermassen in ausgewählten Längenklassen ausgerichtet ist. Innerhalb dieses Bestimmungsprinzips gibt es noch die Messung an endengeordneten Faserstapeln einerseits (ALMETER-Prinzip) und an ungeordneten mit einer Klemme gehaltenen Faserbündeln andererseits (Fibrograph-Prinzip; zum Beispiel Uster-HVI, Textechno-CCS). Die Almeter-Ergebnisse liegen deutlich näher an der „wahren“ Faserlänge, weshalb diese Messung auch gerne als Referenz verwendet wird.

Bei der Einzelfaserlängenmessung wird die Länge der Fasern erfasst. Eine Umrechnung in gewichtsbetonte Häufigkeitsverteilung ist möglich. Dieses Prinzip gibt es als manuelle Vermessung nach DIN 53808-1 (2-Pinzetten-Verfahren mit 3000 Einzelfaser als Stichprobe, wobei nur jede zehnte Faser vermessen wird) und als maschinelle Vermessung, wo Faserflocke oder Band durch Auflösewalzen vereinzelt und dann einem Sensorsystem zugeführt wird. Hier werden zwischen 5.000 und 15.000 Einzelfasern pro Messdurchgang erfasst (USTER AFIS).

Die manuelle Ermittlung ist sehr zeitaufwändig und kostenintensiv, weshalb sie nur noch sehr selten angewandt wird und für die Klassierung von Fasermaterial nicht geeignet ist. Hier haben sich die schon seit Jahrzehnten standardisierten und kostengünstigen HVI-Messungen etabliert und das eigentlich viel genauere ALMETER-System vom Markt verdrängt. Erst durch die Entwicklung von AFIS durch die Firma USTER wurde die Einzelfaserlängenmessung auch nach wirtschaftlichen Kritieren wieder interessant.

Doch auch diese Methode hat Nachteile. AFIS misst die Faserlänge, indem im Luftstrom Anfang und Ende der Fasern ermittelt werden. Die Faserkräuselung und Faserhäkchen werden dabei nicht berücksichtigt. Zudem werden die Fasern durch die Auflösewalze mechanisch eingekürzt, so dass die ursprünglichen Faserlängen nicht exakt erfasst werden können.

Hier setzt das MDTA 4 an, ein Gerät zur Einzelfaserlängenmessung, das von der Textechno Herbert Stein GmbH & Co. KG in Zusammenarbeit mit dem ITV entwickelt und auf der ITMA 2015 in Mailand erstmals vorgestellt wurde. Es besteht aus dem seit längerer Zeit am Markt erhältlichen MDTA 3, einem Messsystem zur Ermittlung des Mikrostaub- und Trash-Gehalts in Rohbaumwolle, sowie einem weiteren Modul zur Einzelfaserlängenmessung.

Beim MDTA 4 werden die Einzelfasern mittels Bildverarbeitungsalgorythmen in ihrer tatsächlichen Länge vermessen. Dies ist wirtschaftlich möglich geworden, weil die dazu notwendige Beleuchtungs- und Kameratechnologie mit extrem hohen Taktfolgen erschwinglich wurde. Auch ist es gelungen, die Faserflocken schonender aufzulösen und damit weniger stark einzukürzen.

In einer umfangreichen Versuchsreihe am ITV wurden die am Markt verfügbaren Messmethoden inklusive Almeter und der manuellen Einzelfaserprüfung miteinander verglichen. Es wurden Faserproben vom Ballen, vom Kämmwickel sowie Proben mit vier unterschiedlichen Auskämmgraden gezogen und gemessen. Der Vergleich zeigt, dass das AFIS–System die aus den Auskämmversuchen resultierende Erhöhung der mittleren Faserlänge und die damit einhergehende Absenkung des Kurzfaseranteils zwar sehr gut abbildet, die tatsächlichen Faserlängen und deren Häufigkeitsverteilung liegen jedoch beim MDTA-4 signifikant näher am von der ALMETER-Referenz vorgegebenen „wahren Wert“.

Das Ergebnis dieser Neuentwicklung lässt sich gut reproduzieren. Die Untersuchungen bestätigen demnach, dass die Bildverarbeitung sehr gut für die Faserlängenmessung geeignet ist. Textechno wird für das MDTA-4 System eine „Recognition“ bei der ICCTM (International Committee on Cotton Testing Methods) beantragen, wie es auch beim auch beim ICC-FIBROTEST System bereits erfolgreich durchgeführt wurde.