Exploiting synchrotron X-ray tomography for a novel insight into flax-fibre defects ultrastructure

Flax fibres are valuable reinforcements for tomorrow's composites. However, defects called kink-bands, which mainly appear on fibres during the extraction and transformation phases, might affect their mechanical properties. Defects induced pores, within the kink-band are investigated in this work. They were morphologically explored using synchrotron phase-contrast X-ray microtomography, a technique that displays a sharp 3D representation of the pores. The study highlights the link between kink-bands and secondary cell wall ultrastructure. Pores are organised concentrically around the lumen, and their low thickness suggest that they are located at the interface between cellulose layers within S2 (G) layer. Moreover, the pores inclination with reference to the lumen axis follows the typical microfibrillar angle changes observed in the literature in the kink-band region. The volumes of the pores were measured, and a local increase in porosity was revealed in zones where defects are most severe along the fibre.Comment: 12 pages, 6 figures. Accepted for publication in Industrial Crops and Products (ISSN 0926-6690

From cultivars to textile application : insight into the textile hemp value chain

La forte demande actuelle de textile écoresponsable et local justifie le potentiel de la culture du chanvre en France, et ainsi le développement de variétés plus riches en fibres et offrant une meilleure qualité. La culture du chanvre textile, comme celle du lin, est privilégiée dans le bassin s’étendant de Bayeux à Dunkerque où le climat est propice au rouissage au champ. Ce territoire sollicite néanmoins une fauche précoce afin de rentrer les balles de chanvre roui dans des conditions optimales de séchage. La récolte se faisant généralement à la pleine floraison des plantes, la photo-périodicité du chanvre est habituellement un trait majeur de sélection variétale. Cependant, ce travail a montré que les fibres les plus intéressantes d’un point de vue de l’optimisation rendement, et adaptation pour les procédés textile avaient été obtenues à partir de variétés monoïques et dioïques tardives récoltées bien avant la période de floraison, et cela ouvre donc la possibilité d’essais et de développements industriels en utilisant ces variétés jusqu’alors pas utilisées en Normandie. Ce travail de thèse met en avant la possibilité d’obtenir des fibres de chanvre de haute qualité textile en utilisant des procédés d’extraction de teillage/peignage à partir de nouvelles variétés de chanvre monoïques et dioïques. Des essais de chanvre en plein champ visent à collecter des données pour fournir au semencier des éléments en vue de l’amélioration de variété de chanvre, afin de développer des cultivars et de proposer de nouvelles variétés dédiées au textile et adaptées au terroir spécifique. L’évolution morphologiques des parois cellulaires des fibres de chanvre au cours de la croissance de la plante est explorée et vise à différencier les variétés proposées dans le cadre du projet collaboratif financé par l’Agence de l’Eau Seine-Normandie. De plus, des connaissances sur le processus de développement des fibres de chanvre sont apportées. Des essais ont été réalisés pour optimiser les étapes de fauchage, d’extraction par teillage peignage, de préparation des fibres afin d’obtenir après filature au mouillé des fils de qualité pour l’habillement. Par ailleurs lors du teillage, près de la moitié des fibres tombent en étoupes, des fibres qui sont plus courtes et non utilisables en filature au mouillé. La valorisation des fibres de chanvre mi-longues et non alignées peut se faire en mélange avec une autre fibre, par un procédé de cotonisation suivi d’une filature dite ‘open-end’. Des essais à échelle laboratoire puis semi-industrielle ont permis de fabriquer des tissus à forte teneur en chanvre et ainsi de montrer la possibilité de valoriser l’ensemble de la ressource fibreuse pour des applications de textile vestimentaire.The current strong demand for eco-responsible and local textiles explains the interest of hemp cultivation in France, and thus the development of varieties exhibiting higher fibre yields as well as better fibre quality. Textile hemp, like flax, is rather grown in the area from Bayeux to Dunkerque, where the climate is favourable to field retting. This territory nevertheless requires an early harvesting to bring in the retted hemp bales in optimal drying conditions. As the flowering time of the plants is a crucial indicator for harvesting, the photoperiodicity of hemp is usually a major trait of varietal selection. However, this work showed that the best compromise between fibre yield and adaptation of the fibres to the textile requirement was obtained from late flowering hemp varieties harvested well before the flowering period. This major discovery opens a new field of industrial developments using varieties which were not used until now in Normandy. The thesis work highlights the possibility of obtaining high textile quality hemp fibres using scutching/hackling extraction processes from new monoecious and dioecious hemp varieties. Field hemp trials aim at collecting data to provide the breeding company with elements for improving hemp varieties, in order to develop cultivars and propose new varieties to its catalogue dedicated to textiles and adapted to the specific terroir (Normandy in our case). The morphological evolution of the hemp fibre walls during the growth of the plant was explored and aims at differentiating the varieties developed within the framework of a collaborative project funded by the “Agence de l’Eau de Seine Normandie”. Additionally, knowledge about the hemp fibre development process is provided. Tests were carried out to optimize the stages of harvesting, extraction by scutching, hackling, and fibre preparation in order to obtain quality yarns for clothing by the wet spinning process. Furthermore, during scutching, almost half of the fibres fall into tow fibres which are shorter and cannot be used in wet spinning. These mid-length and unaligned hemp fibres can be valorised by a cottonization process followed by open-end rotor spinning, in a blend with other fibres. Laboratory and semi-industrial scale trials led to the production of high hemp content fabrics showing the possibility to fully valorised for garment textile applications the hemp fibrous resource provided by the hemp plant

Can a full value chain be established from the field to the fibres for the production of fine garment textiles from hemp fibres

International audienceThis work discusses the potential of hemp fibre for the establishment of a complementary value chain for the production of fine garment textiles. The work seeks to demonstrate that sufficient dew-retted straw can be produced and high fibre yields obtained at the output of the scutching/hackling processes together with a high fibre quality in terms of morphological (fineness) and mechanical potential for the production high added value fine yarns. The possibility to establish a complementary value chain to flax is analysed