Handbook of Technical Textiles | A R Horrocks and S C Anand

5:09 AM
Handbook of Technical Textiles
Edited by A R Horrocks and S C Anand
Handbook of Technical Textiles

Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
List of contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv

1 Technical textiles market – an overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Chris Byrne
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Definition and scope of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Milestones in the development of technical textiles . . . . . . . . . . . 6
1.4 Textile processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 Globalisation of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7 Future of the technical textiles industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2 Technical fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Mohsen Miraftab
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Conventional fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 High strength and high modulus organic fibres . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4 High chemical- and combustion-resistant organic fibres . . . . . . . . 30
2.5 High performance inorganic fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6 Ultra-fine and novelty fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7 Civil and agricultural engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8 Automotive and aeronautics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.9 Medical and hygiene applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.10 Protection and defence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.11 Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3 Technical yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
X Chen and R H Gong
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 Staple fibre yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 Filament yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4 Technical fabric structures – 1.Woven fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Walter S Sondhelm
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2 Weave structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.3 Selvedge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.4 Fabric specifications and fabric geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.5 Weaving – machines (looms) and operations . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.6 The future . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 

5 Technical fabric structures – 2. Knitted fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Subhash C Anand
5.1 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Weft knitting machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3 Weft-knitted structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.4 Process control in weft knitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.5 End-use applications of weft-knitted fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.6 Warp-knitting machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.7 Warp-knitted structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6 Technical fabric structures – 3. Nonwoven fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Philip A Smith
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.2 Methods of batt production using carding machines . . . . . . . . . . . 131
6.3 Air laying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.4 Wet laying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.5 Dry laying wood pulp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.6 Spun laying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.7 Flash spinning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.8 Melt blown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.9 Chemical bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.10 Thermal bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.11 Solvent bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.12 Needlefelting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.13 Stitch bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
6.14 Hydroentanglement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7 Finishing of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Michael E Hall
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.2 Finishing processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.3 Mechanical finishes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.4 Heat setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.5 Chemical processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

8 Coating of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Michael E Hall
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.2 Chemistry of coated textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.3 Coating techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
8.4 Fusible interlinings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8.5 Laminating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

9 Coloration of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Ian Holme
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.2 Objectives of coloration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.3 Coloration of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.4 Dye classes and pigments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9.5 Mass coloration of artificial fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
9.6 Conventional dyeing and printing of technical textiles . . . . . . . . . 204
9.7 Total colour management systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.8 Dyeing machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
9.9 Printing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.10 Colour fastness of technical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

10 Heat and flame protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Pushpa Bajaj
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
10.2 What constitutes flammability? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
10.3 Thermal behaviour of fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
10.4 Selection of fibres suitable for thermal and flame
protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
10.5 Fire-retardant finishes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
10.6 Flame-retardant test methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
10.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

11 Textile-reinforced composite materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Stephen L Ogin
11.1 Composite materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
11.2 Textile reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
11.3 Woven fabric-reinforced composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
11.4 Braided reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
11.5 Knitted reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
11.6 Stitched fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

12 Waterproof breathable fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
David A Holmes
12.1 What are waterproof breathable fabrics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
12.2 Types of waterproof breathable fabric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
12.3 Assessment techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
12.4 Performance of waterproof breathable fabrics . . . . . . . . . . . . . . . . 303
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

13 Textiles in filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 316
Edwin Hardman
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
13.2 Dust collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
13.3 Fabric construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
13.4 Finishing treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
13.5 Solid-liquid separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
13.6 Yarn types and fabric constructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
13.7 Fabric constructions and properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
13.8 Production equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
13.9 Finishing treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
13.10 Fabric test procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

14 Textiles in civil engineering. Part 1 – geotextiles . . . . . . . .  . . . . . . . 358
Peter R Rankilor
14.1 Introduction to geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
14.2 Geosynthetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
14.3 Essential properties of geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
14.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
14 Textiles in civil engineering. Part 2 – natural fibre geotextiles . . . . . . . . 372
Martin Pritchard, Robert W Sarsby and Subhash C Anand
14.5 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
14.6 Development of natural materials as geotextiles . . . . . . . . . . . . . . 372
14.7 Natural fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
14.8 Applications for natural geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
14.9 Engineering properties of geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
14.10 Present state and uses of vegetable fibre geotextiles . . . . . . . . . . . 392
14.11 Performance of natural fibre geotextiles for soil
strengthening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
14.12 Geotextile structure forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
14.13 Frictional resistance of geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
14.14 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
14.15 Relevant British standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 

15 Medical textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 407
Alistair J Rigby and Subhash C Anand
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
15.2 Fibres used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
15.3 Non-implantable materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
15.4 Extracorporeal devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
15.5 Implantable materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
15.6 Healthcare/hygiene products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
15.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

16 Textiles in defence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Richard A Scott
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
16.2 Historical background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
16.3 Criteria for modern military textile materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
16.4 Incompatibilities in military materials systems . . . . . . . . . . . . . . . . 427
16.5 Textiles for environmental protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
16.6 Thermal insulation materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
16.7 Water vapour permeable/waterproof materials . . . . . . . . . . . . . . . 435
16.8 Military combat clothing systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
16.9 Camouflage concealment and deception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
16.10 Flame-retardant, heat protective textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
16.11 Ballistic protective materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
16.12 Biological and chemical warfare protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 

17 Textiles for survival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
David A Holmes
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
17.2 Short term (accident) survival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
17.3 Long term survival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
17.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488

18 Textiles in transportation . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 490
Walter Fung
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
18.2 Textiles in passenger cars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
18.3 Textiles in other road vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
18.4 Rail applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
18.5 Textiles in aircraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
18.6 Marine applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
18.7 Future prospects for transportation textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524

19 Textiles and the environment . . . . . . . . . . . . . . 529
Keith Slater
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
19.2 Degradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
19.3 Resource depletion and pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
19.4 Textile sources of environmental harm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
19.5 Textile sources of pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
19.6 Effects on the environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
19.7 Environmental harm reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
19.8 Future prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543

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