Natural fibre sourcing for textile architecture : material-informed strategies in CNC-knitted architectural membrane design

Textile architecture is currently facing a critical trade-off between high-performance membrane systems and growing sustainability demands. Most commercially available solutions still rely on non-renewable, energy-intensive materials, while emerging applications increasingly demand more flexible and adaptable textile systems, where performance and intended lifespan are calibrated according to specific application requirements. This shift opens up new possibilities to rethink material selection and fabrication strategies. The thesis addresses this challenge by experimentally exploring sustainable raw materials, such as natural fibre yarns, through Computer Numerical Control (CNC) knitting. CNC knitting introduces new possibilities for lightweight and adaptable textile architectural elements, enabling precise customisation of textile patterns, local material properties, and geometry, while accommodating relatively stiff natural fibres. Although natural plant fibres provide valuable intrinsic properties, including thermal insulation, breathability, sound absorption, and moisture control, their application in textile systems remains limited. To bridge this gap, the research presents a systemic and multidisciplinary approach, moving from locally sourced fibres to material properties and potential textile-system applications. The first phase defines a feasibility framework supporting material selection by profiling underused bast fibres, such as flax and hemp, in terms of local availability and processability into textile-based building products. This is complemented by the evaluation of performance requirements for textile membrane applications, identifying indoor contexts as more suitable for knitted natural fibre membranes without coatings. The following phases combine material testing, CNC knitting prototyping, and computational simulations to investigate the application of natural fibres in architectural membranes. Mechanical behaviour is characterised through biaxial testing, while optical and hygroscopic properties are investigated at yarn and knit levels. The resulting dataset supports the interpretation of relationships between yarn selection, knit structure, and resulting behaviour. Finally, the research investigates how CNC knitting possibilities, including multi-yarn and multi-structure textiles, can support material-informed strategies targeting specific functional performances. A museum case study demonstrates the potential of knitted natural fibre textile screens to improve indoor environmental comfort while enabling lightweight, reversible, and adaptable textile systems.

L'architettura tessile si trova oggi a un crocevia tra le esistenti membrane ad alte prestazioni e le crescenti esigenze di sostenibilità. La maggior parte delle soluzioni attualmente disponibili si basa sull’impiego di risorse non rinnovabili ed energivore, mentre aumenta la domanda di sistemi tessili flessibili e adattabili, le cui prestazioni e durata siano calibrate in funzione delle specifiche esigenze applicative. Questo cambiamento di paradigma apre nuove possibilità per ripensare l’uso dei materiali e le tecnologie di fabbricazione. La tesi affronta questa sfida esplorando in maniera sperimentale, da un lato, l’uso di materie prime sostenibili, quali fibre naturali sottoutilizzate, e, dall’altro, la produzione di tessuti attraverso la maglieria CNC. Questa tecnologia introduce nuove possibilità per la produzione di elementi architettonici tessili leggeri e adattabili, consentendo di calibrare su misura i pattern tessili, le proprietà locali del materiale e la geometria, oltre a impiegare un'ampia gamma di fibre, comprese fibre naturali relativamente rigide. Sebbene le fibre naturali offrano proprietà intrinseche di interesse per l’architettura, quali isolamento termico, traspirabilità, assorbimento acustico e regolazione dell'umidità, il loro impiego nei sistemi tessili è ancora limitato. Per colmare questa lacuna, la ricerca propone un approccio sistemico e multidisciplinare che parte dallo studio di fibre di provenienza locale, per arrivare alle proprietà dei materiali e alle loro potenziali applicazioni nei sistemi tessili. La prima fase definisce un quadro di fattibilità per la selezione dei materiali, attraverso l’analisi di fibre liberiane sottoutilizzate, come lino e canapa, in termini di disponibilità locale e processabilità in prodotti tessili per l’architettura. In parallelo, l’analisi dei requisiti prestazionali delle membrane tessili contribuisce a individuare gli ambiti applicativi più idonei per membrane in fibre naturali prive di rivestimenti, come gli ambienti indoor. Le fasi successive combinano caratterizzazione sperimentale dei materiali, prototipazione tramite maglieria CNC e simulazioni computazionali per investigare l'applicazione delle fibre naturali nelle membrane architettoniche. Il comportamento meccanico viene caratterizzato attraverso prove biassiali, mentre le proprietà ottiche e igroscopiche sono analizzate a livello di filato e di tessuto a maglia. I dati ottenuti consentono di interpretare le relazioni tra caratteristiche del filato, struttura della maglia e comportamento risultante. Infine, la ricerca analizza come le potenzialità della maglieria CNC, incluse combinazioni multi-filato e multi-pattern, possano supportare strategie progettuali "material-informed" orientate a specifiche prestazioni funzionali. Un caso studio in ambito museale dimostra il potenziale di schermi tessili a maglia in fibre naturali nel migliorare il comfort ambientale indoor, garantendo al contempo sistemi tessili leggeri, reversibili e adattabili.