Mechanical softening of paper yarn

En förväntad ökning av jordens befolkning ställer den redan ökande fiberkonsumtionen på sin spets. Bomull är en av de mest frekvent använda textilfibrerna men dess vatten- och kemikalieanvändning i framställningsprocessen har lett till förödande konsekvenser för människa och miljö. Flera alternativa, hållbara fibrer behöver därmed introduceras på marknaden. Garn av papper från råvaran abacá har länge använts till textila ändamål till följd av dess goda mekaniska egenskaper. På senare år har intresset för fibern ökat främst på grund av dess miljömässiga fördelar i jämförelse med bomull. Garn av papper är dock styvt och känns strävt mot huden. För att vidga pappersgarnets användningsområden måste därför dess taktila egenskaper förbättras genom någon typ av behandling. Textilproduktion är kemikaliekrävande och flertalet av kemikalierna som används är miljö- och hälsofarliga. Det är därför av intresse att hitta en mekanisk metod för mjukgöring snarare än en kemisk. En sådan mjukgöring har därav utvecklats och undersökts inom projektets ramar. Mjukgöringen är en smärglingsbehandling i garnform där garnet leds genom en bladspännare utrustad med två sandpapper som smärgeldukar. Behandlingen ämnar öka antalet utstickande fiberändar och på så vis efterlikna känslan av ett stapelfibergarn. Genom att garnet behandlas redan i garnstadiet kan det sedan användas till valfri textil konstruktionsteknik. För att undersöka effekten av smärglingsbehandlingen har studien delats in i två delar. Den ena delen undersöker två klassiska denimvävar av 100 % papper där väftgarnet i den ena väven har smärglats en gång medan väftgarnet i den andra är obehandlat. Kawabata Evaluation System (KES) har använts för att objektivt analysera vävarnas taktila egenskaper, alltså hur de känns vid beröring. För att undersöka hur vävens ytstruktur förändrats till följd av behandlingen har provkropparna fotograferats i svepelektronmikroskop (SEM) och ljusmikroskop. Studiens andra del undersöker effekten av upprepade smärglingsbehandlingar på garn. Pappersgarner som behandlats mellan noll och fem gånger undersöks dels gällande dess mekaniska egenskaper men även visuellt i SEM och med hjälp av ljusmikroskop. Behandlingen förväntas minska garnets styrka. För att kontrollera om de behandlade garnerna är tillräckligt starka för att användas i en industriell vävprocess trots den mekaniska degraderingen jämfördes deras styrka med ett referensgarn av bomull. Majoriteten av resultaten från KES-testerna visar på att det inte är någon skillnad mellan en obehandlad väv och en väv vars väftgarn är smärglat en gång. Den behandlade väven är dock lättare att komprimera och har en större initial tjocklek än den obehandlade väven. Detta tyder på att smärglingen kan ha ändrat garnernas diameter vilket resulterat i högre invävning och därmed ökad vikt och tjocklek. Den visuella undersökningen av garnerna i ljusmikroskop pekar mot ett ökat antal utstickande fiberändar i takt med ökat antal behandlingar. Dock är skillnaden mellan det osmärglade garnet och det garn som enbart smärglats en gång liten. Dragprovning av garn visar att det pappersgarn som smärglats fem gånger har signifikant lägre brottkraft än de övriga pappersgarnerna men är starkare än referensgarnet i bomull. Detta styrker förväntningen om att smärgling försämrar styrkan på garnet men visar också att de behandlade garnerna, trots den minskade styrkan, bör vara tillräckligt starka för att användas som väftgarn i maskinell vävning. Fiberändarnas effekt i en denimväv behöver undersökas vidare för att en slutsats kring hur de påverkar den taktila komforten ska kunna dras. Metoden för garnsmärgling är i sin initiala fas och flera parametrar behöver undersökas närmare innan metoden skulle kunna implementeras på industriell skala som en metod för mjukgöring av pappersgarn med syfte att främja den framtida fibermångfalden. An expected population increase and rising consumption of textile fibres creates a demand for both new materials and processes. Cotton is one of the most frequently used fibres but its use is resource intensive both in terms of water and chemical agents. To meet these demands a range of alternative, sustainable fibres need to be developed and introduced into the market. Due to its good mechanical properties paper yarns produced from the abacá plant have long been used in textile applications. In recent years it has also garnered increased interest as a result of its environmental benefits in comparison to cotton. However, paper yarns tend to be stiff and feel coarse in contact with skin. In order for paper yarns to have larger fields of use its tactile qualities must therefore be improved. The production of textiles is generally reliant on the use of chemicals that in varying degree pose threats both to human health and the environment as a whole. It would therefore be beneficial to develop a method for the softening of paper yarns that is based on a mechanical approach, rather than a chemical one. In this project a mechanical method of softening paper yarns has been developed and tested. The softening process is an altered approach to conventional emery grinding and is performed on yarn rather than fabric. The yarn is guided through a leaf tensioner fitted with two sand papers with the purpose to increase the number of protruding fibre ends, thereby reproducing the feel of staple fibre yarns. In order to investigate the effects of the emery grinding two classical denim weaves were produced from 100 % paper yarn. The weft yarn in one of the weaves was emery ground once while the other was left untreated. Kawabata Evaluation System (KES) was used to objectively analyze the tactile qualities of the differently treated weaves. In addition to KES-tests Scanning Electron Microscopy and light microscopy was utilized for a visual analysis. Since it would also be of interest to study the effects of repeated treatments, yarn treated up to five times was inspected both visually and mechanically. The emery grinding process is expected to decrease the strength of the yarn. To check whether the emery ground yarns were strong enough to be used in an industrial weaving process, its strength was compared to a cotton yarn previously used as a weft yarn in a denim weave. Results from KES show no significant changes concerning the majority of parameters tested on the weaves. The treated weave is however easier to compress and presents an increase in initial thickness when compared to the untreated one. This indicates that the emery grinding may have altered the yarns diameter resulting in a higher crimp in the weave causing an increase in the weight and thickness of the fabric. The visual inspection of the yarns using a digital microscope point to an increase in protruding fibre ends as the number of treatments increase. The difference between untreated paper yarn and yarn that had been emery ground once was however small. The tensile test shows that yarn that had been treated five times had a significantly lower tensile strength compared to the other paper yarns but was still stronger than the cotton yarn. This indicates that emery grinding does indeed decrease the tensile strength of the paper yarn, but that it still should be strong enough to be used in industrial weaving. Paper yarn treated more than once would have to be studied further in order to come to a conclusion about their impact on the tactile comfort of the weave. The method of emery grinding is in its initial phase and a number of parameters can be assumed to have an effect on the results of the process. In the interest of creating more diversity in textile fibres the effects of these parameters would all have to be explored before this method can be implemented on an industrial scale for the softening of paper yarns.