Кардочесание волокон: процесс подготовки и смешивания

Введение

Процесс, который разделяет, очищает и перемешивает волокна.

Кардирование – это механический процесс, который разделяет, очищает и перемешивает волокна для получения непрерывной ленты или чесаного полотна, пригодного для дальнейшей обработки. Это достигается путем пропускания волокон между поверхностями, движущимися с разной скоростью и покрытыми "кардолентой" – прочным гибким материалом, усеянным металлическими зубцами. Он разбивает спутанности и неоформленные комки волокон, а затем выравнивает отдельные волокна, ориентируя их параллельно друг другу. При подготовке шерстяного волокна к прядению, кардирование следует за разрыхлением. Слово происходит от латинского Carduus, означающего чертополох или репейник, поскольку высушенные растительные репейники изначально использовались для расчесывания сырой шерсти до появления машин.

Обзор

Эти упорядоченные волокна затем могут быть направлены на другие процессы, специфичные для желаемого конечного применения волокна: хлопок, ватин, войлок, шерстяная или гребенная пряжа и т.д. Кардочесание также может использоваться для создания смесей из различных волокон или разных цветов. При смешивании процесс кардочесания объединяет различные волокна в однородную массу. Промышленные кардочесальные машины также оснащены роликами и системами, предназначенными для удаления некоторых растительных примесей из шерсти. Общим для всех кардочесальных машин является кардоткань. Кардоткань изготавливается из прочной гибкой основы, в которую встроены плотно расположенные проволочные зубцы. Форма, длина, диаметр и расстояние между этими проволочными зубцами определяются конструктором кардочесальной машины и конкретными требованиями области применения кардоткани. Более поздняя версия кардоткани, разработанная во второй половине XIX века, применялась исключительно на промышленных кардочесальных машинах, где единый кусок зубчатой проволоки оборачивался вокруг ролика, и получила название металлической кардоткани. Кардочесальные машины называются кардами. Волокно может быть кардочесано вручную для ручного прядения.

История

Историк науки Джозеф Нидэм приписывает изобретение машин для чесания волокна с использованием луковых механизмов Индии. Самые ранние свидетельства использования луковых машин для кардочесания происходят из Индии (II век н.э.). Позже изобретение было усовершенствовано Ричардом Аркрайтом и Сэмюэлем Кромптоном. Второй патент Аркрайта (1775 года) на его кардочесальную машину впоследствии был признан недействительным (1785 год) из-за отсутствия новизны. Начиная с 1780-х годов, кардочесальные машины устанавливались на фабриках на севере Англии и в центральном Уэльсе. Приоритет отдавался хлопку, но шерстяное волокно кардочесалось в Йоркшире уже в 1780 году. Для обработки шерсти использовались две машины: первая, или разрыхлитель, открывала и смешивала волокна, а вторая, или конденсатор, смешивала и формировала полотно. Первая в Уэльсе была построена на фабрике в Долобране, недалеко от Мейфода, в 1789 году. Эти кардочесальные фабрики производили пряжу, особенно для валлийской фланелевой промышленности. В 1834 году Джеймс Уолтон изобрел первые практичные машины, использующие проволочную карту. Он запатентовал эту машину, а также новую конструкцию карты с слоями ткани и резины. Сочетание этих двух изобретений стало стандартом для кардочесальной промышленности, машины впервые были построены компаниями Parr, Curtis и Walton в Анкотсе, а с 1857 года – Jams Walton & Sons в Хаутон-Дейле. К 1838 году в долине Спен, центром которой был Клекхитон, насчитывалось не менее 11 фабрик по производству кардоленты, а к 1893 году она общепризнанно считалась мировой столицей кардоленты, хотя к 2008 году в Англии осталось только два производителя металлической и гибкой кардоленты: Garnett Wire Ltd., основанная в 1851 году, и Joseph Sellers & Son Ltd., основанная в 1840 году. Бэрд из Шотландии в 1780-х годах привез кардочесание в Лестер, штат Массачусетс. В 1890-х годах этот город производил треть всех ручных и машинных карт в Северной Америке. Джон и Артур Слейтер из Сэдлворта переехали работать к Слейтеру в 1793 году. Машина для разрыхления волокна 1780-х годов приводилась в движение водяным колесом. В то время вокруг Лидса было около 170 машин для разрыхления волокна. Для работы каждой машины требовался оператор. Современные машины приводятся в движение ременной передачей от электродвигателя или верхнего вала через два шкива.

Science historian Joseph Needham ascribes the invention of bow instruments used in textile technology to India. The earliest evidence for using bow instruments for carding comes from India (2nd century CE). The invention was later developed and improved by Richard Arkwright and Samuel Crompton. Arkwright's second patent (of 1775) for his carding machine was subsequently declared invalid (1785) because it lacked originality. From the 1780s, the carding machines were set up in mills in the north of England and mid Wales. Priority was given to cotton but woollen fibres were being carded in Yorkshire in 1780. With woollen, two carding machines were used: the first or the scribbler opened and mixed the fibres, the second or the condenser mixed and formed the web. The first in Wales was in a factory at Dolobran near Meifod in 1789. These carding mills produced yarn particularly for the Welsh flannel industry. In 1834 James Walton invented the first practical machines to use a wire card. He patented this machine and also a new form of card with layers of cloth and rubber. The combination of these two inventions became the standard for the carding industry, using machines first built by Parr, Curtis and Walton in Ancoats, and from 1857 by Jams Walton & Sons at Haughton Dale. By 1838, the Spen Valley, centred on Cleckheaton had at least 11 card clothing factories and by 1893, it was generally accepted as the card cloth capital of the world, though by 2008 only two manufacturers of metallic and flexible card clothing remained in England, Garnett Wire Ltd. dating back to 1851 and Joseph Sellers & Son Ltd established in 1840. Baird from Scotland took carding to Leicester, Massachusetts in the 1780s. In the 1890s, the town produced one third of all hand and machine cards in North America. John and Arthur Slater, from Saddleworth went over to work with Slater in 1793. A 1780s scribbling mill would be driven by a water wheel. There were 170 scribbling mills around Leeds at that time. Each scribbler would require to operate. Modern machines are driven by belting from an electric motor or an overhead shaft via two pulleys.

Процессы производства хлопка

Кардирование: волокна разделяются, а затем собираются в свободную прядь (сливер или ленту) к концу этого этапа. Хлопок поступает с хлопкоуборочной машины в виде слоев, а затем отправляется на кардировочные машины. Кардеры выравнивают волокна, чтобы облегчить их прядение. Кардировочная машина состоит в основном из одного большого ролика, окруженного меньшими. Все ролики покрыты мелкими зубцами, и по мере продвижения хлопка зубцы становятся мельче (то есть расположены ближе друг к другу). Хлопок покидает кардировочную машину в виде сливера – толстой веревки из волокон. В более широком смысле кардирование может включать четыре процесса: трепание, лапирование, кардирование и вытягивание. При трепании волокна разрыхляются. При лапировании удаляется пыль для создания плоского листа или лапы из волокон; само кардирование – это расчесывание спутанной лапы в толстую веревку или сливер диаметром около 1,25 см, который затем может быть опционально вычесан для удаления коротких волокон и получения более прочной пряжи. При вытягивании вытягивающая машина объединяет 4 сливера в один. Повторное вытягивание повышает качество сливера, позволяя прясть более тонкие нити. Каждый сливер имеет тонкие и толстые места, и объединение нескольких сливеров позволяет добиться более однородного размера. Поскольку объединение нескольких сливеров дает очень толстую веревку из хлопковых волокон, сразу после объединения сливеры разделяются на ровинг. Эти ровинги (или шлихты) затем используются в процессе прядения. Для машинной обработки ровинг имеет ширину карандаша. Ровинги собираются в барабан и поступают на шлихтерную машину, которая добавляет скручивание и наматывает на бобины. Промежуточные рамки используются для повторения процесса шлихтования, чтобы получить более тонкую пряжу, а затем ровинг-рамка уменьшает ее до более тонкой нити, придает больше скручивания, делает более регулярной и равномерной по толщине и наматывает на меньшую трубку. Кардеры, используемые в настоящее время на шерстомойных предприятиях, мало чем отличаются от машин, использовавшихся 20–50 лет назад, а в некоторых случаях машины относятся к тому периоду. Кардеры для машинной обработки варьируются в размере от тех, которые легко помещаются на кухонном столе, до кардера, занимающего целую комнату. Кардер, занимающий целую комнату, работает очень похоже, основное отличие заключается в том, что волокно проходит через гораздо больше барабанов, часто с промежуточным перекрестным укладкой для выравнивания нагрузки на последующие кардеры, которые обычно становятся мельче по мере продвижения волокна по системе. Когда волокно выходит из барабана, оно имеет форму ваты – плотной, упорядоченной массы волокон. Если используется небольшой барабанный кардер, вата равна длине окружности большого барабана и часто является готовым продуктом. Однако большой кардер превращает эту вату в ровинг, растягивая ее все тоньше и тоньше, пока не достигнет желаемой толщины (часто ровинг имеет толщину запястья). (Ролаг отличается от ровинга тем, что это не непрерывная прядь, и волокна в конечном итоге располагаются поперек, а не вдоль пряди.) Хлопковые волокна подаются в машину, поднимаются и расчесываются на плоскости при кардировании. Некоторые ручные прядильщики имеют дома небольшой барабанный кардер специально для смешивания различных цветных волокон, которые покупаются уже кардированными.

Carding: the fibres are separated and then assembled into a loose strand (sliver or tow) at the conclusion of this stage. The cotton comes off of the picking machine in laps, and is then taken to carding machines. The carders line up the fibres nicely to make them easier to spin. The carding machine consists mainly of one big roller with smaller ones surrounding it. All of the rollers are covered with small teeth, and as the cotton progresses further on the teeth get finer (i. e. closer together). The cotton leaves the carding machine in the form of a sliver; a large rope of fibres. In a wider sense carding can refer to the four processes of willowing, lapping, carding and drawing. In willowing the fibres are loosened. In lapping the dust is removed to create a flat sheet or lap of fibres; Carding itself is the combing of the tangled lap into a thick rope or sliver of 1/2 inch in diameter, it can then be optionally combed, is used to remove the shorter fibres, creating a stronger yarn. In drawing a drawing frame combines 4 slivers into one. Repeated drawing increases the quality of the sliver allowing for finer counts to be spun. Each sliver will have thin and thick spots, and by combining several slivers together a more consistent size can be reached. Since combining several slivers produces a very thick rope of cotton fibres, directly after being combined the slivers are separated into rovings. These rovings (or slubbings) are then what are used in the spinning process. For machine processing, a roving is about the width of a pencil. The rovings are collected in a drum and proceed to the slubbing frame which adds twist, and winds onto bobbins. Intermediate Frames are used to repeat the slubbing process to produce a finer yarn, and then the roving frames reduces it to a finer thread, gives more twist, makes more regular and even in thickness, and winds onto a smaller tube. The carders used currently in woollen mills differ very little from machines used 20 to 50 years ago, and in some cases, the machines are from that era. Machine carders vary in size from the one that easily fits on the kitchen table, to the carder that takes up a full room
A carder that takes up a full room works very similarly, the main difference being that the fibre goes through many more drums often with intervening cross laying to even out the load on the subsequent cards, which normally get finer as the fibre progresses through the system. When the fibre comes off the drum, it is in the form of a bat – a flat, orderly mass of fibres. If a small drum carder is being used, the bat is the length of the circumference of the big drum and is often the finished product. A big drum carder, though, will then take that bat and turn it into roving, by stretching it thinner and thinner, until it is the desired thickness (often rovings are the thickness of a wrist). (A rolag differs from a roving because it is not a continuous strand, and because the fibres end up going across instead of along the strand.) Cotton fibres are fed into the machine, picked up and brushed onto flats when carded. Some hand spinners have a small drum carder at home especially for the purpose of mixing together the different coloured fibre that are bought already carded.

Инструменты

До появления механизированного ткачества, ткачество на ручном ткацком станке было кустарным производством, использующим те же процессы, но в меньшем масштабе. Эти навыки сохранились как ремесло или как вид искусства и хобби.

Кардеры для рук

Ручные карты обычно представляют собой квадратные или прямоугольные лопасти, изготавливаемые в различных размерах от … до … Рабочая поверхность каждой лопасти может быть плоской или цилиндрически изогнутой и покрыта кардочной тканью. Маленькие карты, называемые флик-картами, используются для подергивания концов волокна или вытягивания отдельных волокон для прядения. Парой карт шерсть расчесывается между ними, пока волокна не выстроятся более или менее в одном направлении. Затем выровненное волокно снимается с карт в виде ролага. Кардочесание – это процесс, который обычно выполняется на открытом воздухе или над подстилкой, в зависимости от чистоты шерсти. Ролаг снимают с карт. Этот продукт (ровница, ролаги и вата) можно использовать для прядения. Кардочесание шерсти может производиться "в жире" или без этого, в зависимости от типа машины и предпочтений прядильщика. "В жире" означает, что ланолин, содержащийся в шерсти, не был вымыт, поэтому шерсть остается слегка жирной на ощупь. Большие барабанные кардеры плохо работают с ланолином, поэтому большинство коммерческих предприятий по производству шерсти и ворса моют шерсть перед кардочесанием. Ручные кардеры (а также небольшие барабанные кардеры, хотя в инструкции это может не рекомендоваться) могут использоваться для кардочесания шерсти, богатой ланолином.

Кардеры барабанов

Самый простой машинный кардер – барабанный кардер. Большинство барабанных кардеров приводятся в действие вручную, но некоторые работают от электродвигателя. Эти машины обычно имеют два ролика, или барабана, покрытых кардочной тканью. Подающий ролик, или меньший ролик, дозирует волокно из загрузочного лотка на больший барабан-накопитель. Два ролика соединены между собой ремнем или цепным приводом, благодаря чему их относительная скорость заставляет барабан-накопитель мягко вытягивать волокно с подающего ролика. Это вытягивание выпрямляет волокно и укладывает его между проволочными зубцами кардочной ткани барабана-накопителя. Волокно добавляется до тех пор, пока кардочная ткань барабана-накопителя не заполнится. Разрыв в кардочной ткани облегчает снятие полотна, когда кардочная ткань заполнена. Некоторые барабанные кардеры оснащены мягкой щеточной насадкой, которая прижимает волокно к барабану-накопителю. Эта насадка служит для уплотнения волокна, уже находящегося в кардочной ткани, и обеспечивает дополнительное выпрямление уплотненного волокна.

Кардеры

Домашние кардировочные машины существенно отличаются от простых барабанных карт. Эти кардеры не накапливают волокно в карточной ткани, как это делает барабанная карта, а, напротив, волокно проходит через механизм кардера для хранения или дальнейшей обработки другими машинами. Типичная домашняя карта имеет один большой барабан (свифт), в комплекте с парой подающих роликов (нипперов), одной или несколькими парами рабочих и стрипперных роликов, фэнси и доффера. Подача волокна на карту обычно осуществляется вручную или с помощью конвейерной ленты, а выход с домашней карты часто хранится в виде полотна или подвергается дальнейшей обработке в ровницу и наматывается в клубки с помощью специального мотального устройства. Домашняя карта, изображенная ниже, поддерживает оба типа выхода. Сырое волокно, помещенное на подающий стол или конвейер, перемещается к нипперам, которые удерживают и дозируют волокно на свифт. При переносе на свифт многие волокна выпрямляются и укладываются в его карточную ткань. Эти волокна затем проходят мимо рабочих и стрипперных роликов к фэнси. Когда свифт продвигает волокна вперед от нипперов, те волокна, которые еще не выпрямились, подхватываются рабочим роликом и переносятся наверх к парному стрипперному ролику. Относительно скорости поверхности свифта, рабочий ролик вращается довольно медленно. Это приводит к изменению направления волокна. Стрипперный ролик, вращающийся быстрее рабочего, извлекает волокна с рабочего ролика и передает их свифту. Относительная скорость поверхности стриппера ниже скорости свифта, поэтому свифт вытягивает волокна со стриппера для дополнительного выпрямления. Выпрямленные волокна свифт переносит к фэнси. Карточная ткань фэнси сконструирована таким образом, чтобы взаимодействовать с карточной тканью свифта, поднимая волокна к кончикам щетинок свифта и перенося их свифтом к дофферу. Фэнси и свифт – единственные ролики в процессе кардирования, которые фактически соприкасаются. Медленно вращающийся доффер снимает волокна со свифта и переносит их к гребенке, где они отделяются от доффера. Тонкая лента из более или менее параллельных волокон, толщиной в несколько волокон и шириной в ролики карты, выходит из карты у гребенки под действием силы тяжести или других механических средств для хранения или дальнейшей обработки.

Cottage carding machines differ significantly from the simple drum card. These carders do not store fibre in the card cloth as the drum carder does but, rather, fibre passes through the workings of the carder for storage or for additional processing by other machines. A typical cottage carder has a single large drum (the swift) accompanied by a pair of in feed rollers (nippers), one or more pairs of worker and stripper rollers, a fancy, and a doffer. In feed to the carder is usually accomplished by hand or by conveyor belt and often the output of the cottage carder is stored as a batt or further processed into roving and wound into bumps with an accessory bump winder. The cottage carder in the image below supports both outputs. Raw fibre, placed on the in feed table or conveyor is moved to the nippers which restrain and meter the fiber onto the swift. As they are transferred to the swift, many of the fibres are straightened and laid into the swift's card cloth. These fibres will be carried past the worker / stripper rollers to the fancy. As the swift carries the fibres forward, from the nippers, those fibres that are not yet straightened are picked up by a worker and carried over the top to its paired stripper. Relative to the surface speed of the swift, the worker turns quite slowly. This has the effect of reversing the fibre. The stripper, which turns at a higher speed than the worker, pulls fibres from the worker and passes them to the swift. The stripper's relative surface speed is slower than the swift's so the swift pulls the fibres from the stripper for additional straightening. Straightened fibres are carried by the swift to the fancy. The fancy's card cloth is designed to engage with the swift's card cloth so that the fibres are lifted to the tips of the swift's card cloth and carried by the swift to the doffer. The fancy and the swift are the only rollers in the carding process that actually touch. The slowly turning doffer removes the fibres from the swift and carries them to the fly comb where they are stripped from the doffer. A fine web of more or less parallel fibre, a few fibres thick and as wide as the carder's rollers, exits the carder at the fly comb by gravity or other mechanical means for storage or further processing.