Введение
Промышленность, производящая текстиль.
Текстильное производство, или текстильная инженерия, является крупной отраслью промышленности. Оно в значительной степени основано на преобразовании волокна в пряжу, а затем пряжи в ткань. Эти ткани затем окрашиваются или печатаются, из них изготавливается полотно, которое впоследствии превращается в полезные товары, такие как одежда, предметы домашнего обихода, обивка и различные промышленные изделия. Для производства пряжи используются различные типы волокон. Хлопок остаётся наиболее широко используемым и распространённым натуральным волокном, составляющим 90% от общего объема всех натуральных волокон, применяемых в текстильной промышленности. Люди часто выбирают одежду и аксессуары из хлопка из-за комфорта, который он обеспечивает в любую погоду. На этапах прядения и формирования ткани доступно множество различных процессов, а сложность отделки и окрашивания позволяет производить широкий ассортимент продукции.
История
Текстильное производство в современную эпоху представляет собой развитую форму художественных и ремесленных отраслей. До XVIII и XIX веков текстильное производство было домашним трудом. В XVIII и XIX веках оно было механизировано и с XX века продолжает развиваться благодаря науке и технологиям. В частности, в древних цивилизациях Индии, Египта, Китая, Африки к югу от Сахары, Евразии, Южной Америки, а также в Северной и Восточной Африке существовали различные формы производства текстиля.
Выращивание и сбор урожая
Хлопок выращивается в регионах с длинными, жаркими и сухими летними сезонами, большим количеством солнечного света и низкой влажностью. Индийский хлопок, Gossypium arboreum, отличается более тонким волокном, но его длина пригодна только для ручной обработки. Американский хлопок, Gossypium hirsutum, дает более длинное волокно, необходимое для механизированного производства текстиля. Посев происходит с сентября по середину ноября, а сбор урожая – с марта по июнь. Хлопковые коробочки собирают с помощью хлопкоуборочных машин двух типов: машин-сборщиков и машин со шпинделями, которые удаляют всю коробочку с растения. Хлопковая коробочка – это плод хлопкового растения; к каждому из тысяч семян прикреплены волокна длиной около 2,5 см. Объемы производства хлопка значительно превышают количество рабочих, необходимых для его обработки. В 2013 году фермер из Миссисипи, Боуэр Флауэрс, собрал около 13 000 тюков хлопка только за этот год. Этого количества хлопка хватит для производства до 9,4 миллиона футболок.
Женя
Семена хлопка поступают в хлопкоочистительную машину. Хлопкоочиститель отделяет семена и удаляет "мусор" (грязь, стебли и листья) из волокна. В пиломашине вращающиеся пилы захватывают волокно и протягивают его через решетку, которая слишком узкая для прохождения семян. Роликовый хлопкоочиститель используется для хлопка с более длинным волокном. В нем кожаный ролик захватывает хлопок. Нож, расположенный близко к ролику, отделяет семена, протаскивая их через зубья вращающихся пил и щеток, которые очищают их. Очищенное хлопковое волокно, известное как линт, затем прессуется в кипы высотой около 1,5 м и весом почти 220 кг. Только 33% урожая приходится на пригодный линт. Коммерческий хлопок сортируется и оценивается в зависимости от его качества, что в основном связано со средней длиной волокна и сортом растения. Хлопок с длинным волокном (от 6,35 см до 3,18 см) называется египетским, со средним волокном (от 3,18 см до 1,9 см) – американским высокогорным, а с коротким волокном (менее 1,9 см) – индийским. Из семян хлопка отжимают растительное масло. Жмых и шелуха перерабатываются в корм для животных, а стебли – в бумагу.
Выращивание, изготовление и транспортировка балов
Очистка хлопка от семян, формирование кип и транспортировка осуществляются в стране происхождения.
Открытие и очистка
Хлопок отправляется на фабрики в больших 500-фунтовых тюках. Когда хлопок извлекают из тюка, он все еще плотно спрессован и содержит растительные примеси. Тюк вскрывают с помощью машины с большими шипами, называемой разрыхлителем. Чтобы распушить хлопок и удалить растительные примеси, его пропускают через прочесыватель или аналогичную машину. В прочесывателе хлопок взбивают битерной планкой для его рыхления. Затем его подают через ряд валов, которые служат для удаления растительных примесей. Хлопок, под воздействием воздушных потоков, собирается на сетке и проходит через дополнительные валы, где формируется в непрерывный мягкий и пушистый слой, известный как полотно.
Смешивание, смешивание и сшивание
Скутчинг – это процесс очистки хлопка от семян и других примесей. Первая машина для скутчинга была изобретена в 1797 году, но не получила широкого распространения до 1808 или 1809 года, когда она была внедрена и использовалась в Манчестере, Англия. К 1816 году она стала общепринятой. Машина для скутчинга работала, пропуская хлопок через пару валов, а затем воздействуя на него железными или стальными прутьями, называемыми битер-барсами или битерами. Битер-барсы, вращающиеся с высокой скоростью, сильно ударяют по хлопку, выбивая из него семена. Этот процесс происходит над рядом параллельных реек, чтобы семена могли проваливаться сквозь них. Одновременно через рейки продувается воздух, который переносит хлопок в хлопковую камеру.
Прокат
Сегодня большая часть прядения выполняется с использованием технологии разрыва, или открытого прядения. Это техника, при которой волокна сдуваются воздухом во вращающийся барабан, где они прикрепляются к концу формирующейся пряжи, которая непрерывно вытягивается из камеры. Другие методы разрывного прядения используют иглы и электростатические силы. Этот метод заменил более старые методы прядения на кольцевых и мульных машинах. Он также легко адаптируется для работы с искусственными волокнами. Прядильная машина берет ровинг, вытягивает его и скручивает, создавая пряжу, которую затем наматывает на бобину. При мульном прядении ровинг снимается с бобины и подается через ролики, работающие с разными скоростями. Это обеспечивает равномерное утонение ровинга. Если ровинг был непостоянной толщины, это могло привести к обрыву пряжи или заклиниванию машины. Пряжа скручивается во время вращения бобины, когда каретка движется вперед, и наматывается на цилиндр, называемый шпинделем, который формирует конусообразный пучок волокон, известный как "коп", при возвращении каретки. Мульное прядение производит более тонкую нить, чем кольцевое. Мульная машина работала прерывисто, так как рама перемещалась вперед и назад на расстояние около полутора метров. Она произошла от устройства Кромптона 1779 года. Она производит более мягкую, менее скрученную нить, которая была предпочтительна для изготовления тонких тканей и утка. Кольцевая машина произошла от водной рамы Аркрайта 1769 года. Это был непрерывный процесс, пряжа получалась более грубой, с большей скруткой и более прочной, что делало ее подходящей для использования в качестве основы ткани. Кольцевое прядение происходит медленно из-за большого расстояния, которое нить должна пройти вокруг кольца. Швейные нити изготавливались из нескольких скрученных вместе нитей, или двойных нитей.
Проверка
Это процесс, в ходе которого каждая бобина перематывается для получения более плотной бобины.
Сгибание и скручивание
Скручивание выполняется путем вытягивания пряжи из двух или более бобин и скручивания ее вместе в направлении, противоположном направлению ее прядения. В зависимости от желаемой плотности хлопок может быть скручен в несколько нитей или нет, а количество скрученных вместе прядей варьируется.
Газификация
Газирование – это процесс быстрого пропускания пряжи через серию газовых пламен горелок Бунзена в газировочном аппарате для обжига выступающих волокон и придания нити округлой, гладкой и блестящей поверхности. Газированию подвергаются только высококачественные сорта пряжи, такие как используемые для вуалей, поплинов, венецианских тканей, габардинов, египетского хлопка и т.д. В процессе газирования нить теряет примерно 5-8% своего веса. Газированная пряжа приобретает более темный оттенок, но не должна быть опалена.
Ткачество
В процессе ткачества используется ткацкий станок. Продольные нити называются основой, а поперечные – утком. Основа, которая должна быть прочной, подается на ткацкий станок на валу основы. Уток проходит через ткацкий станок в челноке, который несет пряжу на шпульку. Эти шпульки автоматически сменяются ткацким станком. Таким образом, перед началом ткачества пряжу необходимо намотать на вал и на шпульки.
Намотка
После скручивания и скрутки в пряжу, хлопчатобумажная нить поступает в подготовительную, где намоточная машина отматывает необходимое количество пряжи и наматывает ее на бобины для ткацкого станка.
Деформация или излучение
Ряды бобин устанавливаются для удержания нити во время ее намотки на вал основы ткацкого станка. Поскольку нить тонкая, часто три бобины объединяли, чтобы получить необходимое количество нитей основы.
Размер
Для укрепления основы путем добавления крахмала, чтобы снизить обрыв нитей, требуется машина для проклеивания.
Приближается, приближается
Процесс протягивания каждой нити основы отдельно через зубья берда и отверстия станка в порядке, указанном схемой.
Пирнинг (обработка тканей)
Для намотки утка с бобин на пёрны, которые помещались в челнок, использовался мотальный станок.
Ткачество
В этот момент нить уже сплетена. В зависимости от эпохи, один человек мог обслуживать от 3 до 100 машин. В середине девятнадцатого века стандартным числом было четыре. Опытный ткач в 1925 году мог управлять 6 Ланкаширскими станками. Со временем были добавлены новые механизмы, которые останавливали станок при возникновении неисправностей. Эти механизмы контролировали обрыв нитей основы или утка, прямолинейность движения челнока и его заполненность. Сорок таких станков Northrop или автоматических станков мог обслуживать один квалифицированный рабочий. Три основных движения ткацкого станка – это разделение нитей, подброс челнока и прибой. Разделение нитей: процесс разделения нитей основы на две линии, чтобы челнок мог проходить между ними. Существует два основных типа разделения: «открытое» и «закрытое». При открытом разделении нити основы перемещаются с одной линии на другую по мере необходимости рисунка. При закрытом разделении все нити основы располагаются на одном уровне. Подброс челнока: процесс перемещения челнока из одной стороны станка в другую через разделение нитей основы. Это осуществляется движениями надхвата или подхвата. Надхват подходит для быстроходных станков, а подхват – для тяжелых или медленных станков. Прибой: третье основное движение ткацкого станка при изготовлении ткани – действие берда, которое прижимает каждый проход утка к кромке ткани. Ланкаширский станок был первым полуавтоматическим станком. Ткацкие станки Жаккарда и Добби имеют сложные механизмы разделения нитей. Они могут быть отдельными станками или механизмами, добавляемыми к обычному станку. Станок Northrop был полностью автоматическим и серийно производился с 1909 по середину 1960-х годов. Современные станки работают быстрее и не используют челнок: существуют воздушные, водные и рапирные станки.
Измерения
Конь и уток: Уток относится к поперечным нитям, конь – к продольным. Шероховатость ткани может быть выражена как количество нитей утка и основы на четверть квадратного дюйма или на квадратный дюйм. Количество нитей основы всегда указывается первым. Например, плотные ткани для дома изготавливаются из грубых пряж, таких как основа и уток 10/14, и примерно 48 нитей основы и 52 нити утка.
Связанные должности
Сюда относятся такие должности, как склейщик, сборщик обрезков, ткач, прижимщик, вытягивающий.
Проблемы
Когда в доме находился ручной ткацкий станок, дети с раннего возраста помогали в процессе ткачества. Работа по соединению нитей требует ловкости, и ребенок мог быть таким же производительным, как и взрослый. Когда ткачество переместилось из дома на фабрику, детям часто разрешали помогать старшим сестрам, и потребовалось принятие законов для предотвращения распространения детского труда. Условия труда в хлопковом производстве часто были тяжелыми, с долгими часами работы, низкой оплатой и опасным оборудованием. Дети, прежде всего, подвергались физическому насилию и часто были вынуждены работать в негигиеничных условиях. Важно также отметить, что дети, работавшие на ручных станках, часто жили в крайней бедности и не имели возможности получить образование. Условия труда в хлопковом производстве часто были тяжелыми, с долгими часами работы, низкой оплатой и опасным оборудованием. Дети, прежде всего, подвергались физическому насилию и часто были вынуждены работать в негигиеничных условиях. Важно также отметить, что дети, работавшие на ручных станках, часто жили в крайней бедности и не имели возможности получить образование.
Плетень производство тканей
Машинное вязание выполняется двумя различными способами: уточным и основным. Уточное вязание (как показано на рисунках) по методу схоже с ручным вязанием, при котором петли соединены друг с другом горизонтально. Различные уточные машины могут быть сконфигурированы для производства текстиля из одной бобины пряжи или нескольких бобин, в зависимости от размера цилиндра машины (в котором расположены иглы). В основном вязании используется множество нитей, образующих вертикальные цепочки, соединенные зигзагообразным переплетением. Основное вязание менее растяжимо, чем уточное, и более устойчиво к образованию затяжек. Уточное вязание не устойчиво к затяжкам, но обладает большей эластичностью. Особенно это верно, если бобины эластана обрабатываются из отдельных контейнеров и переплетаются через цилиндр с хлопковой пряжей, придавая готовому изделию большую гибкость и предотвращая появление эффекта "вытянутости". Обычная футболка изготавливается уточным вязанием.
Завершение переработка текстиля
Окончательная обработка — это широкий спектр физических и химических процессов/обработок, завершающих один из этапов производства текстиля, иногда в качестве подготовки к следующему. Окончательная обработка повышает ценность продукта, делая его более привлекательным, полезным и функциональным для конечного потребителя. Сразу после ткацкого станка хлопчатобумажная ткань содержит не только примеси, включая аппретирующий состав, но и требует дополнительной обработки для полного раскрытия своего потенциала и увеличения её стоимости.
Оригинальное название
В зависимости от использованного клея, ткань может быть вымочена в разбавленной кислоте и затем промыта, или для удаления клея могут быть использованы ферменты.
Очистка
Очистка – это процесс химической обработки хлопковой ткани, предназначенный для удаления натуральных восков и неволокнистых примесей (таких как остатки семенных оболочек) из волокон, а также любых загрязнений и грязи. Обычно очистку проводят в железных сосудах, называемых киерами. Ткань кипятят в щелочном растворе, который образует мыло с высвободившимися жирными кислотами. Киер обычно герметичен, что позволяет кипятить раствор гидроксида натрия под давлением, исключая доступ кислорода, который может разрушать целлюлозу волокна. При использовании подходящих реагентов очистка также может удалять аппретирующий состав с ткани, хотя обычно дезапретирование предшествует очистке и рассматривается как отдельный процесс. Подготовка и очистка являются обязательными условиями для большинства последующих отделочных операций. На этом этапе даже самые естественно белые хлопковые волокна имеют желтоватый оттенок, поэтому требуется отбеливание.
Пение
Выжигание предназначено для удаления поверхностных волокон с ткани, чтобы придать ей гладкость. Ткань проходит через щетки для приподнятия волокон, а затем над пластиной, нагретой газовыми горелками.
Повышение
При выработке ворса поверхность ткани обрабатывается острыми зубцами для приподнятия поверхностных волокон, что придает ей пушистость, мягкость и тепло, как у фланели.
Календарь
Календарирование — это процесс, в котором ткань пропускается между нагретыми валами для создания гладкой, полированной или тиснёной поверхности.
Сжатие (санфоризация)
Санфоризация — это вид механической предварительной усадки ткани, чтобы она меньше усаживалась при стирке.
Цветение
Окрашивание обычно проводят с использованием анионного прямого красителя путем полного погружения ткани (или пряжи) в водный раствор красителя согласно установленной технологии. Для повышения устойчивости к стирке, истиранию и воздействию света могут применяться дополнительные методы окрашивания. Они требуют более сложной химической обработки и, как следствие, обходятся дороже.
Печать
Печать – это нанесение цвета в виде пасты или краски на поверхность ткани по заданному рисунку. Её можно описать как форму локального крашения. Также возможно нанесение рисунка на предварительно окрашенную ткань.
Экономические, экологические и политические последствия производства хлопка
Для производства хлопка требуются пахотные земли. Кроме того, хлопок выращивается интенсивно и использует большое количество удобрений и 25% всех инсектицидов в мире. Местные индийские сорта хлопка выращивались без орошения, используя дождевую воду, но современные гибриды, используемые для переработки, нуждаются в орошении, что способствует распространению вредителей. 5% земель, занятых под хлопок в Индии, используют 55% всех пестицидов, применяемых в стране. Хлопок выступает в роли поглотителя углерода, поскольку содержит целлюлозу, в которой содержится 44,44% углерода. Однако, из-за выбросов углерода от применения удобрений, использования механизированной техники для сбора хлопка и других факторов, производство хлопка, как правило, выбрасывает больше CO2, чем запасает в виде целлюлозы. Выращивание хлопка подразделяется на два сегмента: органическое и генетически модифицированное. В 2018 году из-за неблагоприятных погодных условий, ограниченного водоснабжения и проблем с вредителями возник дефицит хлопка в 1,5 миллиона тонн.
Лен
Лен – это лубяное волокно, что означает, что оно содержится в пучках под корой растения Linum usitatissimum. Растение цветет и затем его собирают. Далее лен подвергается росиву, трепанию, очистке, чесанию или расчесыванию. После этого его обрабатывают подобно хлопку.
Юта
Юта – это лубяное волокно, получаемое из внутренней коры растений рода Corchorus. Его подвергают росинке, как лен, сушат на солнце и прессуют в тюки. При прядении к волокну необходимо добавить небольшое количество масла. Юту можно отбеливать и красить. Ранее её использовали для мешков и сумок, но сейчас – для основы ковров. Юту можно смешивать с другими волокнами для создания композитных тканей, и в Бангладеш продолжаются работы по усовершенствованию технологий и расширению областей применения. В 1970-х годах композитные ткани из джута и хлопка назывались джуттоновыми тканями.
Конопля
Конопля – это лубяное волокно, получаемое из внутренней коры растения Cannabis sativa. Её трудно отбеливать, и она используется для изготовления шнуров и верёвок. Подвергается стьбу, отделению и трепанию.
Другие резиновые волокна
Также могут быть использованы волокна лыка: кенаф, урена, рамия, крапива.
Другие листовые волокна
Сисал – основное листовое волокно, используемое в производстве; также применяются абака и хенекен.
Шерсть
Шерсть получают от домашних овец. Из нее создают два вида пряжи: шерстяную и полушерстяную. Они различаются направлением волокон шерсти относительно нити; в шерстяной пряже волокна расположены перпендикулярно, что позволяет создавать пушистую пряжу, удерживающую воздух, а в полушерстяной – параллельно, что обеспечивает прочность и гладкость. Современные овцы имеют однородное руно, в то время как у примитивных и местных пород часто бывает двойная шерсть: мягкий, короткий подшерсток и более жесткий, грубый и длинный остевой волос. Их можно сортировать для раздельной обработки или прясть вместе. Различные характеристики каждого слоя позволяют получать совершенно разную пряжу: остевой волос подходит для прочной верхней одежды, а подшерсток традиционно используется для изготовления ультратонких шалей для свадебных обрядов в Европе. Соединение этих слоев, как в пряже лопи, создает уникальную пряжу, сочетающую прочность остевого волоса с мягкостью и объемностью подшерстка. Шерсть, которая никогда не использовалась, называется первичной шерстью и может смешиваться с шерстью, полученной из старой ткани. "Шодди" – это обозначение восстановленной шерсти, не свалявшейся в войлок, а "мунго" – из войлочной шерсти. "Экстракт" получают химическим путем из смешанных тканей хлопка и шерсти. Руно овцы снимают целиком. В идеале шерсть срезают как можно ближе к коже, чтобы максимизировать длину волокна. Повторное срезание в одном и том же месте приводит к образованию коротких волокон, из которых в готовой ткани образуются катышки, чего опытные стригали обычно избегают. Затем шерсть очищают от загрязненной шерсти с ног и области ануса, сортируют и прессуют в кипы. Сортировка проводится по качеству и длине волокна. Длинные шерстяные волокна могут достигать 38 см, но для расчесывания в полушерстяную пряжу подходит любая длина более 6,35 см. Волокна короче образуют короткую шерсть, называемую шерстью для одежды или кардной, и лучше всего подходят для беспорядочного расположения в шерстяной пряже. На фабрике шерсть промывают моющим средством для удаления жира (ланнолина) и примесей. Это делается механически в разрыхлительной машине. Растительные примеси можно удалить химическим путем с помощью серной кислоты (карбонизация). Для стирки используется раствор мыла и карбоната натрия. Перед кардной или гребенной обработкой шерсть смазывают маслом. Шерстяная пряжа: Волокно подготавливают путем кардной обработки, которая располагает волокна перпендикулярно нити. Также можно использовать кардные отходы от гребенных машин, мунго и шодди.
Шелк
Процессы производства шелка аналогичны процессам производства хлопка, но учитывают, что шелк-сырец – это непрерывное волокно. Используемые термины отличаются. Вскрытие тюков. Сортировка мотков: шелк сортируется по цвету, размеру и качеству; промывка: шелк промывается в воде при 40 градусах в течение 12 часов для удаления натуральной серицина; сушка: сушка паром или центрифугированием; смягчение: трение для удаления оставшихся уплотнений. Шелкопрядение (скручивание). Мотки помещаются на катушку в раму вместе с другими. Шелк наматывается на бобины или шпули. Удвоение и скручивание. Шелк слишком тонкий для ткачества, поэтому его удваивают и скручивают для получения основы, известной как оргазин, и утка, известного как трам. В оргазине каждой нити придается несколько витков на дюйм (tpi), и она объединяется с несколькими другими нитями, скрученными в обратном направлении под 10-14 tpi. В траме две нити удваиваются с легким скручиванием, 3-6 tpi. Швейная нить состоит из двух трамовых нитей, плотно скрученных, а машинная нить изготавливается из трех плотно скрученных трамовых нитей. Трам для производства крепа скручивается до 80 tpi, чтобы создать эффект "подъема". Вытягивание. Нить проверяется на равномерность толщины. Любая неравномерность растягивается. Полученная нить наматывается в мотки длиной от 500 до 2500 ярдов. Длина мотка составляет около 50 дюймов. Крашение: мотки промываются повторно, а обесцвечивание удаляется с помощью серного процесса. Это ослабляет шелк. Затем мотки окрашиваются или тонируются. Их высушивают и перематывают на бобины, шпули и мотки. Наматывание утка и процесс ткачества на механических ткацких станках аналогичны процессам для хлопка. Ткачество. Оргазин наматывается на основу. Это аналогичный процесс, как и при работе с хлопком. Сначала около тридцати нитей наматываются на намоточную катушку, а затем, используя намоточные катушки, нити наматываются на вал. Между слоями на валу прокладывается толстый слой бумаги, чтобы предотвратить спутывание.
Экологические последствия производства шерсти и шелка
Для производства шерсти и шелка требуется сельскохозяйственная земля. В то время как шелкопрядам нужны листья тутовника, овцы едят траву, клевер, разнотравье и другие пастбищные растения. Овцы, как и все жвачные животные, выделяют газы через свою пищеварительную систему. Кроме того, их пастбища иногда удобряются, что дополнительно увеличивает выбросы.
Обработка синтетических волокон
Синтетические волокна – результат масштабных разработок ученых, направленных на улучшение природных волокон животного и растительного происхождения. В общем случае, синтетические волокна создаются путем продавливания, или экструзии, волокнообразующих материалов через отверстия (называемые фильерками) в воздух, формируя таким образом нить. До разработки синтетических волокон целлюлозные волокна производились из натуральной целлюлозы, получаемой из растений. Первое искусственное волокно, известное как искусственный шелк начиная с 1799 года, получило название вискоза около 1894 года, а затем – в 1924 году – рейон. Аналогичный продукт, ацетат целлюлозы, был открыт в 1865 году. Рейон и ацетат – искусственные волокна, но не истинно синтетические, поскольку производятся из древесины. Хотя эти искусственные волокна были открыты в середине XIX века, их успешное современное производство началось значительно позже, в 1930-х годах. Нейлон, первое синтетическое волокно, впервые был представлен в США как замена шелку и использовался для производства парашютов и других военных нужд. Технологии переработки этих волокон в пряжу в основном такие же, как и для натуральных волокон, однако необходимо вносить коррективы, поскольку эти волокна обладают большой длиной и не имеют текстуры, такой как чешуйки на хлопке и шерсти, способствующие сцеплению. В отличие от натуральных волокон, производимых растениями, животными или насекомыми, синтетические волокна изготавливаются из ископаемого топлива и, следовательно, не требуют использования сельскохозяйственных земель.