Структура текстильного производства

Легкая промышленность включает в себя пять основных отраслей: текстильную, швейную, кожевенную, меховую и обувную.

Текстильная (от лат. слова «textile» – ткань материя) промышленность (ТП) – одна из старейших и наиболее крупных отраслей лёгкой промышленности, вырабатывающая из различных видов растительного, животного и химического волокна ткани, трикотаж и другие изделия.

Текстильная промышленность имеет несколько подотраслей. В ее состав входят предприятия первичной обработки текстильного сырья, хлопчатобумажная, шерстяная, шелковая, льняная, пенькоджутовая, трикотажная и валяльно-войлочная промышленность, а также производство нетканых материалов и текстильно-галантерейных изделий.

На рис. 3.3 представлена структура текстильного производства.

Рис. 3.3. Структура текстильного производства

Рис. 3.5. Технологический план ткачества

Рис. 3.6. Технологический процесс отделки

Основным первичным элементом текстильного изделия (ткань, пряжа и нить, вата, трикотаж, ковры, нетканые материалы и др.) является текстильное волокно.

Волокна подразделяются на элементарные и комплексные.

Волокна, состоящие из нескольких элементарных волокон, продольно склеенных (лубяных) или соединенных силами кристаллизации (асбест), называются комплексными, или техническими. При делении технического волокна на элементарные разрушается не само волокно, а прерываются только связи между элементарными волокнами.

Волокна предназначены главным образом для изготовления пряжи, а из пряжи и нитей изготавливают ткани, трикотаж, швейные нитки и ниточные изделия, крученые изделия (канаты, шпагат, веревку), изделия текстильной галантереи (ленты, кружева, тюль, шнуры) и т. д.

Непосредственно из волокон получают вату и ватин, войлоки, нетканые текстильные материалы и др.

Кроме того, все текстильные волокна делятся на два класса: натуральные и химические.

Натуральные волокна в зависимости от химического состава подразделяют на два подкласса: органические и неорганические (минеральные).

К неорганическим волокнам относят волокно асбест.

Основное вещество растительных волокон – целлюлоза, а волокон животного происхождения – белковое вещество кератин и фиброин.

Волокна растительного происхождения получают из различных частей растений: семенные (хлопок) – из семян; стеблевые – из стебля льна, пеньки, джута, рами и др.; плодовые – из плодов кокосовой пальмы; лиственные – из листьев некоторых растений (сизаль, манильская пенька и др.).

Волокна животного происхождения – волосяной покров различных животных (шерсть овечья, козья, верблюжья, ламы и др.) и волокна, получаемые из продуктов жизнедеятельности гусениц тутового шелкопряда (натуральный шелк).

Синтетические волокна в зависимости от природы полимера делят на полиамидные (капроновое, анидное), полиэфирное (лавсановое), полиакрилонитрильное (нитроновое), поливинилхлоридное (хлориновое, ПВХ) поливинилспиртовое (виниловое), полиолефиновые (полиэтиленовые, полипропиленовые). Кроме этих синтетических волокон, для технических целей могут быть использованы фторсодержащие (фторлоновое), полиуретановое, полиформальдегидное и другие волокна.

В табл. 3.1 приведены некоторые свойства волокон.

Таблица 3.1

По своей структуре текстильные нити делятся на два типа:

1) первичные, используемые непосредственно после их изготовления;

2) вторичные, получаемые из первичных нитей путем дальнейшей переработки в целях изменения их свойств и внешнего вида.

1) элементарные;

2) комлексные;

3) пряжа;

4) разрезные.

Элементарные нити – одиночные нити, не делящиеся без разрушения в продольном направлении и являющиеся составными элементами комплексных нитей. Элементарная нить, которая используется непосредственно для изготовления текстильного изделия, называется мононитью.

Комплексные нити – нити, состоящие из нескольких продольно сложенных элементарных нитей, соединенных между собой скручиванием (нити химические) или склеиванием (натуральный шелк).

Пряжа – текстильная нить, состоящая из продольно и последовательно соединенных скручиванием сравнительно коротких элементов волокон.

Разрезные нити – полоски бумаги, фольги, пленки, сформированные в нить путем скручивания.

Вторичные нити делятся на:

1) крученые

2) текстурированные.

Крученые нити – нити, состоящие из двух и более сложенных вместе первичных комплексных нитей, пряжи или тех и других вместе, соединенных скручиванием.

Простая крученая или комплексная нить – нить, в которой отдельные сложенные нити образуют однородную по всей длине структуру крученой нити.

Путем скручивания первичных нитей могут быть получены:

• 
  фасонная нить, в которой имеется стержневая нить, обвиваемая нагонной или эффектной нитью, имеющая большую длину, чем стержневая. Эффектная нить образует на пряже узелки, спирали, рыхлые, неравномерно удлиненные узелки на равных расстояниях, кольцеобразные петли и т. д.;
  
• 
  армированная пряжа, в которой сердечник представляет собой одиночную крученую пряжу или металлическую нить, обвиваемую волокнами (хлопка, шерсти, льна или химическими) посредством скручивания.
  

В текстильной промышленности можно использовать более 1000 видов волокнистых материалов, однако только небольшая часть из них находит промышленное применение в настоящее время. Причины этого различны. Для одних волокнистых материалов небогатая сырьевая база, для других – сложный технологический процесс получения волокна. Примечательна в этом отношении судьба крапивы – одного из первых видов исходного сырья для получения прядильного волокна. Луб крапивы начали использовать для этой цели еще в первобытном обществе во многих районах Европы и Азии, причем для обработки брали полукультурную крапиву, обильно растущую рядом с поселениями человека. Повсеместное распространение крапивы и хорошие свойства волокна (прочность, белизна, блеск и шелковистость) и в новое время вызывали многочисленные попытки разработки промышленного способа ее применения в качестве текстильного сырья. Такие опыты проводились в России в 1918–1920 годы, а затем позднее в 1930-е годы, но успехом не увенчались. Многовековые попытки замены импортируемых тропических волокон пухом одуванчиков или тополиным пухом также не увенчались успехом. В настоящее время из многочисленных видов крапивы для текстильных целей используют китайскую крапиву – рами.

В группу сельскохозяйственных культур, выращиваемых для получения волокна, входят хлопчатник, лен-долгунец, конопля, кенаф, джут и др. растения. У хлопчатника волокнами покрыты семена, у лубоволокнистых растений (льна, конопли, кенафа, джута, рами, канатника, кендыря) они содержатся в лубяной части стебля. У агавы, лилии, пальмы, новозеландского льна и текстильного банана волокна добывают из листьев. Однако более 95 % всех площадей, отводимых в мире под прядильные культуры, занимают хлопчатник, лен и конопля.

3.4.1. Хлопок

Хлопковое волокно, приближающееся по своим свойствам к идеальному волокну, составляет чуть меньше половины всех производимых в мире волокон.

Культура хлопчатника восходит к глубокой древности, поэтому установить более или менее точное время и место его появления вряд ли удастся. Родиной хлопкоткачества считают Индию, где при раскопках одного из центров хараппской цивилизации – Мохенджо-Даро (территория современного Пакистана) – были обнаружены остатки хлопчатобумажных тканей, сотканных в период 3250–2750 годов до н. э. В глубину веков уходит история хлопчатника на американском континенте. На Перуанском побережье хлопчатник появился около 3000 года до н. э. Еще одним центром культуры хлопчатника можно считать Судан в Африке. В России расположен самый северный район хлопководства в мире – Каракалпакия (до 43-го градуса северной широты).

Из семян хлопчатника получают масло, не уступающее по пищевым качествам подсолнечному маслу и идущее для приготовления маргарина, мыла, олифы, глицерина и т. д. Отходы производства масла являются хорошим кормом для скота (жмых), могут служить удобрением для полей, сырьем для получения белка, целлюлозы, спирта, лаков, линолеума, изоляционных материалов. Засохшие стебли хлопчатника – гузу – местное население применяет как топливо, из них вырабатывают бумагу, получают спирты и кислоты. Таким образом, хлопчатник целиком используется человеком для производства около 90 видов продукции и является одним из самых полезных растений.

Из всей группы лубяных волокон рассмотрим только одно – льняное. Лен – старейшее русское текстильное волокно. В нашей стране выращивают два вида льна: лен-долгунец, содержащий в стеблях 20–28 % волокна, и масличный лен, предназначенный в основном для получения масла, пригодного в пищу, и для технических целей. Льняное волокно имеет такие ценные свойства, как высокая прочность и гибкость, гигроскопичность, способность делиться на тончайшие комплексы.

Лен – древнейшая сельскохозяйственная культура, распространенная от Китая до Средиземноморья. Самая древняя на земле ткань, найденная при раскопках в турецком поселении Чатал Хюиюк, изготовлена из льна около 6500 лет до н. э. Также известна шумерская мифологическая поэма, в которой рассказывается, как было изготовлено покрывало для богини Инанны.

До наших дней дошел уникальный памятник письменности, древних этрусков, так называемая льняная книга. Появление этого полотна с нанесенными на него письменами ученые относят ко II веку до н. э. Затем оно очутилось в Египте, где было разрезано на тонкие ленты для бинтования мумии. В XIX веке мумия была вывезена в Европу, где ленты с таинственными знаками сняли и наклеили на ткань.

Одним из самых древних и ценных видов текстильного сырья является шерсть, обладающая такими особыми свойствами, как способность к валке и сохранению тепла. Основную массу шерсти получают с овец, причём лучшую шерсть дают тонкорунные мериносовые овцы. Тонкорунные овцы известны со II века до н. э., когда, скрестив колхидских баранов с итальянскими овцами, римляне вывели тарентайнскую породу овец с коричневой или чёрной шерстью. В I веке скрещиванием тарентайнских овец с африканскими баранами в Испании получили первых мериносов с тонкой извитой шерстью. От этого первого стада в конечном итоге произошли и все другие породы мериносов: французские, саксонские и т. д.

Овец стригут один раз или в некоторых случаях дважды год. Шерстный покров овец в основном снимают в целом виде – руном. С одной овцы получают от 2 до 10 килограммов шерсти. Из 100 килограммов сырой шерсти получают 40–60 килограммов отмытой высушенной шерсти, которую после прессовки в кипы направляют на текстильные предприятия. Собранный с шерсти жир (ланолин) используют в косметической промышленности.

Из шерсти других животных широко используют козью мохеровую шерсть, получаемую с ангорских коз, ведущих свое происхождение из турецкого местечка Ангора. Также ангорских коз разводят в Казахстане, Азербайджане и автономных республиках Северного Кавказа.

Для изготовления верхней одежды и пледов иногда применяют верблюжью шерсть, получаемую стрижкой или вычесыванием во время линьки верблюдов. Из верблюжьего волоса изготовляют некоторые технические ткани, в частности приводные ремни. Из лошадиного волоса получают высокоупругие прокладочные материалы.

3.4.4. Шелк

Существует несколько видов бабочек, гусеницы которых перед превращением в куколки вьют коконы, используя выделения из специальных желез. Таких бабочек называют шелкопрядами, а нить, получаемую разматыванием коконов – натуральным шелком. В основном для получения нитей разводят тутового шелкопряда.

Первое упоминание о шелке приводится в старой китайской легенде о богине шелковичных червей: „Это великий принц Хуан-Ди очень хотел, чтобы его жена Си-Лин-Чи сделала что-нибудь для счастья людей. Он поручил ей осмотреть шелковичных червей и определить, нельзя ли использовать их нить. Си-Лин-Чи собрала некоторое количество червей и кормила их сама в специально приготовленном для этого месте, так она открыла методы выращивания червей, а также размотки коконов и использования шелка для приготовления одежды. В благодарность за этот великий дар потомки обожествили Си-Лин-Чи и воздали ей почести как богине шелковичных червей". Китайская хронология относит это предание к 2640 году до н. э.

Шелкопряды развиваются в несколько стадий: яйцо (грена), гусеница (личинка), куколка и бабочка.

Из одной коробки грены массой 29 граммов получают до 30 тысяч гусениц, съедающих около тонны листвы и дающих 4 килограмма натурального шелка.

Для получения шелка естественный ход развития шелкопряда прерывают. Собранные коконы сдают на заготовительные пункты, где их подсушивают, а затем обрабатывают горячим воздухом или паром, чтобы предотвратить процесс превращения куколок в бабочек.

На шелковых предприятиях коконы разматывают. Полученный шёлк-сырец в виде нескольких соединенных вместе коконных нитей наматывают в мотки, а затем перематывают на катушки.

Шелк имеет высокие потребительские качества, но большая трудоемкость производства и ограниченность сырьевой базы привели к тому, что доля шелка в мировом производстве волокон не превышает 0,2 %. В настоящее время шелк производится преимущественно в Узбекистане, Китае и Японии.

Ткачество асбеста было известно уже в древности народам Китая, Египта, Греции и Рима. В греческой литературе эллинистического периода имеются упоминания о выработке асбестовых тканей на острове Эвбее: "Есть камень для ткани, – писал римский писатель и ученый I века Плиний Старший, – который растет в пустынях Индии, обитаемых змеями, где никогда не падает дождь, и потому он привык жить в жару. Из него делают погребальные рубашки, чтобы заворачивать трупы вождей при их сожжении на костре, из него делают для пирующих салфетки, которые можно раскалять на огне (при нагревании таких салфеток с них исчезали жирные пятна)".

В одном из китайских сборников IV-V веков говорится: "Мать Гуана взяла платок и подожгла. Но платок не загорелся: то была неопалимая ткань".

Высокая огнестойкость и низкая теплопроводность – основные достоинства асбестовых тканей.

Во времена Харун аль Рашида (VIII век) из асбеста делали одежду для воинов, обслуживающих огнеметные машины. Затем лишь в 1829 году в Италии и Франции стали шить асбестовую одежду для пожарных.

В России асбест известен с 1720 года, когда на Уральской горе близ Невьянского завода его нашел крепостной крестьянин Софрон Согра. Волокнистым камнем, горным льном, каменной куделью, каменным шелком – как только не называли асбест в народе. Асбестовыми кружевами безвестных уральских мастериц украшали свои платья модницы Парижа и Лондона.

Сегодня асбестовые ткани используют для изготовления несгораемой защитной одежды, в качестве уплотнений и для фильтрования высокотемпературных веществ.

3.4.6. Химические волокна

Много столетий разведение шелковичных червей и шелкоткачество в Китае сохранялось в тайне. Смертью карались все попытки узнать секреты шелководства. По трудным караванным тропам, которые называли шелковыми путями, шелк поступал в Рим, Византию и Среднюю Азию. Только в VI веке собственное шелководство возникло в Средней Азии и Византии.

Хлопковые и лубяные волокна состоят из целлюлозы. Было разработано несколько способов получения раствора целлюлозы, продавливания его сквозь узкое отверстие (фильеру) и удаления растворителя, после чего получались нити, похожие на шелковые. В качестве растворителей использовали уксусную кислоту, щелочной раствор гидроксид меди, гидроксид натрия (едкий натр) и сероуглерод. Полученные нити соответственно называются ацетатными, медно-аммиачными и вискозными. Большую группу нитей, выходящих из фильер, вытягивают, скручивают вместе и наматывают в виде комплексной нити на патрон.

Помимо целлюлозы, в производстве искусственных волокон используют альгинат натрия, получаемый из бурых морских водорослей, а также различные белковые соединения, например казеин (молочный белок). Но независимо от исходного сырья все искусственные волокна изготовляют по трем основным стадиям: растворение, продавливание через фильеры, удаление или разложение растворителя.

Синтетические волокна вырабатывают из таких широко распространенных продуктов переработки нефти, как бензол, фенол, этилен, ацетилен, аммиак и др. Изменяя состав исходного сырья и способы его переработки, синтетическим волокнам можно придавать уникальные свойства, которых нет у натуральных волокон.

Их промышленное производство началось в 1930–1950-е годы.

К неорганическим химическим волокнам относятся силикатные и металлические волокна, причем в первую группу входят стеклянные, кварцевые, базальтовые, керамические и некоторые другие виды волокон.

Секрет изготовления стеклянных волокон был открыт древними египтянами около 2000 года до н. э., позднее он был утерян и вновь открыт венецианцами в XVI веке. Впервые технология получения стеклянных волокон была описана Реомюром в 1734 году.

Стеклянное волокно не горит, устойчиво к коррозии и биологическим воздействиям, обладает высокой прочностью при растяжении, прекрасными оптическими, электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Например, слой стекловолокнистого мата толщиной 5 сантиметров по термическому сопротивлению соответствует кирпичной стене толщиной 1 метр.

Очень интересные свойства имеют кремнийорганические волокна, изделия из которых можно использовать при температуре 1000 ^оС, однако их стоимость в настоящее время еще довольно высока.

Высокую механическую прочность и хорошую устойчивость к химическим реагентам имеют керамические волокна, основной вид которых состоит из смеси оксида кремния и оксида алюминия. Керамические волокна можно использовать при температуре около 1250 ^оС. Устойчивость к радиации позволяет применять их в космонавтике.

В древней литературе имеется очень много упоминаний о златотканых одеждах. Однако среди археологических находок встречаются лишь фрагменты такой одежды, причем в небольшом количестве. Основная причина этого состоит в том, что, когда одежда приходила в ветхость или негодность, ее сжигали для повторного использования драгоценного металла.

Использование в ткачестве золотых нитей было техническим достижением позднего Вавилона. Плиний Старший писал, что золотыми нитями украшались особо роскошные ткани, однако из-за отсутствия подлинных образцов трудно сказать, что представляли собой эти вавилонские нити из золота.

Широко известны златотканые одежды римского периода, в которых в качестве стержня золотых нитей использовалось какое-то гибкое вещество. Ученые расходятся во мнении относительно природы этого вещества: некоторые считают его резиноподобным, а большинство – пленкой или жилами крупного рогатого скота и овец.

В настоящее время существует несколько тысяч видов натуральных и химических волокон и число их увеличивается с каждым годом, однако основную долю в производстве волокон в обозримом будущем составят уже известные выпускаемые химической промышленностью волокна с улучшенными свойствами. Повысятся прочность, огнестойкость, гигроскопичность, бактерицидность химических волокон. Среди новых, уже появившихся волокон можно отметить так называемые волокна-хамелеоны, т. е. волокна, некоторые свойства которых меняются в соответствии с изменениями окружающей среды. Например, разработаны полые волокна, в которые заливается жидкость, содержащая цветные магнетики. С помощью магнитной указки можно изменять рисунок ткани из таких волокон.

Одним из направлений работ в области создания перспективных текстильных материалов является разработка способов получения новых или модифицированных волокон и материалов на их основе.

Эти работы могут быть объединены в группы по направлениям использования получаемых материалов.

Одна из важнейших групп – материалы, обеспечивающие защиту человека от различных видов воздействий: механического, термического, химического.

С этой целью разрабатываются хемосорбционные волокнистые материалы нового поколения на основе привитых сополимеров, осуществляющие сорбционные процессы по различным механизмам (ионный обмен, комплексообразование, хемосорбция, окислительно-восстановительные реакции). Подобные хемосорбционные материалы обладают важными в практическом отношении свойствами: они могут быть установлены в изделиях различной конфигурации, способны улавливать и концентрировать ионы различных металлов, сорбировать кислые газы (HCL, S0₂, и др.) и т. д. Эти материалы эффективны в средствах индивидуальной защиты, системах экологического мониторинга, аналитического контроля и т. д.

В качестве одного из видов перспективных модификаторов волокон используются специально синтезированные кремнийорганические соединения, обеспечивающие высокую сорбционную активность.

К числу наиболее востребованных типов специальных текстильных материалов относятся материалы пониженной горючести. В настоящее время уже широко используются огнезащищенные текстильные материалы из термостойких волокон, ковровые огнезащищенные покрытия на основе полипропилена, смесовые ткани для обивки мебели, отделки салонов пассажирского транспорта, изготовления штор, занавесей.

Создание новых видов волокон, в том числе и волокон с заранее заданными свойствами (мтилон, антимикробные волокна, волокна с маслоотталкивающими свойствами и др.), обеспечивает выпуск тканей нового поколения как для бытовых, так и для технических целей. Особенно широко происходит замена натуральных волокон химическими при производстве технических тканей.