Viktor Naumenko

Physikalische Fasereigenschaften von Hanf (Cannabis sativa L.) in Abhängigkeit von Bestandesentwicklung, Strohmanagement, Röste und Faseraufschluss

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor agriculturarum (Dr. agr.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 20.02.2006

Abstract
Es wird der Einfluss landwirtschaftlicher Produktionsschritte auf die physikalischen Fasereigenschaften von Hanf (Cannabis sativa L.) untersucht. Das Probenmaterial stammte aus Feldversuchen in Leipzig-Seehausen (51 24' nördlicher Breite und 12 25' östlicher Länge) 2000-2002 (cv. USO 31, cv. Kompolti, cv. Fasamo) und in Zichtau (52 36' nördlicher Breite und 11 18' östlicher Länge) 2003 (cv. USO 31, cv. Fedora 17, cv. Futura 75, cv. Epsilon 68). Das Wachstum des Hanfbestandes wurde anhand der Änderung des Stängelvolumens bei konstantem Feuchtegehalt dargestellt. Der Faseraufschluss erfolgte als Prallaufschluss bzw. in einer Brecherlinie mit und ohne Cottonisierung. Die Prüfung physikalischer Fasereigenschaften wurde mittels Zugversuchs vorgenommen. Die Faserreife ist mit Einstellen des Stängelwachstums erreicht. In diesem Stadium sind die Pflanzen im Bestand zu mindestens 80-90 % entblättert. Nachfolgend setzen Verfärbungen des Stängels ein, die von anfänglichen Grün- bzw. Gelbgrün-Anteilen zu gelb und braun übergehen. Mit Ausnahme weiter ansteigender Zugfestigkeiten verändern sich die Fasereigenschaften in Abhängigkeit vom Entwicklungszustand in Nähe des als Erntebeginn des empfohlenen Zeitpunktes nicht konsistent. Beim Strohmanagement auf dem Feld wurde für alle geprüften Varianten mit Maschineneinsatz (Mähen, Häckseln, Schwadwenden, Ballenpressen) erhöhte Höchstzugkraftdehnungen der Fasern gemessen. Dies lässt auf Veränderungen in der Faserstruktur schließen. Mit ansteigendem Röstgrad wird eine signifikante Fasereinkürzung festgestellt. Durch fortschreitende Röste des Hanfstrohs kommt es zu sinkenden Feinheiten der Fasern. Höchste Zugfestigkeit wird in der Regel bei geringem und mittlerem Röstgrad erreicht. Abstufungen der Zugfestigkeit können unter Praxisbedingungen aufgrund erhöhter Variabilität verloren gehen. Bei der Bewertung der untersuchten Faseraufschlusstechnologien ergibt sich folgende Rangfolge: 1. Brecherlinie mit Cottonisierung, 2. Prallaufschluss, 3. Brecherlinie. Hohe Qualität entspricht minimal verzweigten, schäbenreinen Faseranteilen, hohen Zugfestigkeiten und Steifigkeiten sowie niedrigen Feinheiten und Höchstzugkraftdehnungen. Die Untersuchungen zeigen, dass in der landwirtschaftlichen Produktionskette einschließlich der Erstverarbeitung gezielt auf die Faserqualität Einfluss genommen werden kann.

Present study evaluates the effect of the agricultural technology on the physical characteristics of hemp (Cannabis sativa L.) fibres. Plant material was obtained from two field trials, both located in central Germany, one at Leipzig-Seehausen (51 24 min north, 12 25 min east; cv. USO 31, cv. Kompolti, cv. Fasamo) in 2000-2002 and another at Zichtau (52 36' min north, 11 18' min east; cv. USO 31, cv. Fedora 17, cv. Futura 75, cv. Epsilon 68) in 2003. The growth of hemp was quantified on basis of stem volume at constant moisture content. Different methods (hammer milling, breaking and cottonizing) were applied for decortication and fibre refining. Fibre characteristics were derived from tensile test. Ripening of fibres is completed with stem growth. In this stage, recommended for beginning of harvest, hemp canopies are defoliated by 80-90%. In the subsequent period stem colour may change from green or yellowish-green to yellow and brown. Further, the tensile strength may increase whereas other fibre characteristics were changing inconsistently. The field machinery for harvesting, chopping, swathing, baling affects fibre structure as indicated by increased elongation at maximum load. Length of the fibre specimen decreases with an increase in the degree of retting. Furthermore, strong retting yields fibres of low fineness, whereas optimum tensile strength corresponds to low or medium degree of retting. However, under conditions of practice difference in tensile strength may disappear due to an increased variability of fibre characteristics. The evaluation of decortication technologies shows the following ranking: 1. breaking roller in combination with cottonizing devices, 2. hammer mill, 3. breaking rollers; whereas high quality of fibre batches corresponds to a low branching, shive content, high tensile strength and stiffness, low fineness and elongation at maximum load. The investigations demonstrate that steps of hemp cultivation and fibre extraction are sensitive in affecting the quality of the fibre commodity.

Keywords:
Naturfasern, mechanische Eigenschaften, Faserhanf, Wachstum, Erntetermin, Röstgrad, Faseraufschluss

Vegetable fibres, mechanical properties, hemp; growth, harvest time, degree of retting, decortication

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis (1, I-VIII)
1 Einleitung (1-3)
2 Material und Methoden (4-21)
3 Ergebnisse (22-67)
4 Diskussion (68-84)
5 Zusammenfassung (85-86)
Summary (87)
6 Literaturverzeichnis (88-93)