Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Производственный процесс

Производство пряжи: от древних нитей к современным инновациям


Основы

Пряжа образуется скручиванием нескольких пряди волокон. Каждая прядь сама состоит из коротких волокон, пряденных в длинные нити. Длинные непрерывные нити могут просто дополнительно скручиваться или проходит тектурирование для изменения свойств.

Степень скрутки при прядении определяет характер пряжи: высокое скручивание дает прочность; умеренное — мягкость и глянец; экстремально сильное — креп-пряжу. Пряжу также классифицируют по конструкции: одни пряди, сложенные (две и более одиночных, скрученных вместе) и канатные (скручивание двух и более сложенных).

В 1995 году США произвели почти 8 млрд фунтов (3,6 млрд кг) прядной пряжи, 40 % — в Северной Каролине. Более половины — хлопок; текстурированная, крейповая или пухловатая пряжа — около половины объема. Текстурированная увеличивает объем физическими, химическими или термическими методами; крейповая использует термопластичные волокна с деформированной формой; пухловатая — из изначально объемных волокон, которые не могут быть плотно упакованы.

Пряжа — основа текстильного производства, снабжает ткачество, вязание и валение. В 1995 г. США произвели 4 млрд фунтов (1,8 млрд кг) ткацкой пряжи, 3 млрд фунтов (1,4 млрд кг) для машиностроительного вязания и 1 млрд фунтов (450 млн кг) ковровой и ковровой пряжи. Отрасль нанимает 600 000+ работников, потребляет ~16 млрд фунтов (7 млрд кг) волокна в год и принесла $2,1 млрд прибыли в 1996 г. Экспорт — 11 %+ продаж (~$7 млрд), одежная индустрия — еще 1 млн рабочих мест.

История

Натуральные волокна — хлопок, лен, шелк, шерсть — веками были основой текстиля. Старейшие фрагменты пряжи и ткани — пучки льняных волокон и холщовое полотно — датируются ~7000 лет назад, найдены у Робенхаузена (Швейцария).

Хлопковое земледелие и текстиль — минимум 7000 лет. Хлопковая ткань в Египте — 12 000 г. до н. э., Мексика (3500 г. до н. э.), Индия (3000 г. до н. э.), Перу (2500 г. до н. э.), юго-запад США (500 г. до н. э.). В Европе хлопок стал коммерчески важен только после колонизации Нового Света. Шелк — монополия Китая с 2600 г. до н. э., до VI века, когда Византия начала разведение шелкопрядов.

Синтетические волокна появились позже: вискоза (из хлопка или древесины) — 1891 г., коммерчески с 1911 г.; нейлон, затем полиэстеры — снизили спрос на натуральное сырье и расширили применение.

До XIV века пряжу прядь вручную на веретене с вертушкой — конусообразная палка с грузилом для поддержания вращения. Волокна тянули из расчесанного пучка, привязанного к прялке. В XII–XIII веках в Индии (500–1000 н. э.) появилось прядильное колесо, позже в Европе — с ручным приводом, летунком для скрутки и навивной шпулькой. Саксонское колесо (~150 лет позже) добавило педаль, освободив обе руки.

XVIII век принес прорывы: летающий челнок Джона Кея (1733), пряденая машинка Аркрайта (1766), мольбленая машина Самуэля Кромптона (1776). В 1828 г. Джон Торп изобрел кольцевую раму — до сих пор основа, сотни шпинделей в металлическом кольце. Открытая система теперь прядет многие натуральные волокна, втягивая их воздухом в быстро вращающуюся чашу перед экструзией.

Сырье

Пряжу производят из ~15 типов волокон, разделенных на натуральные и синтетические. Натуральные (растительные или животные) доминируют в ткачестве. Хлопок — с зрелых семенных капсул — бестселлер в Америке, обгоняет все синтетические вместе взятые. Растительные: ацетат (древесная целлюлоза или хлопковый пух), лен (лен). Животные: шерсть (овцы), мохер (ангорские козы), шелк — непрерывные нити от шелкопряда.

Синтетические создаются экструзией полимерного раствора через филиры и упрочнением филамента. Примеры: акрил, нейлон, полиэстер, полиолефин, вискоза, спандекс, триацетат. Многие имитируют свойства натуральных без усадки, другие дают уникальные функции — спандекс растягивается на 500 % без разрыва.

Производство пряжи: от древних нитей к современным инновациям

Волокна приходят в баллах, раскрывают вручную или машиной. Пикер разделяет и очищает, затем кардочесание выстраивает их в слегка параллельную паутину. Воронкообразный прибор превращает паутину в верёвообразную прядь. Вальцы вытягивают прядь — теперь это сльайвер — в равномерную нить, дают легкое скручивание и скармливают в большие банки.

Процесс производства

Существует три основных метода прядения: хлопковый, ворстед (длинноволокнистый) и шерстяной. Синтетические стаплевые волокна можно прядь любым. Хлопковый метод дает наибольший объем — описываем его подробно.

Подготовка волокон

Кардочесание

Чесание

Вытяжение

Скручивание (прядение пре-ровинга)

Прядение

Контроль качества

Автоматизация оптимизирует QA: электронные системы мониторят температуры, скорости, скручивание, эффективность. Американское общество испытаний и материалов (ASTM) предоставляет стандартизированные методы измерения свойств: сила вытяжения, пуховка, усадка.

Будущее

Прядные системы станут всё более автоматизированными и интегрированными, объединяя кардочесание и вытяжение в единые узлы. Производительность вырастет за счет большего числа шпинделей, роботизированное оборудование станет обыденным.

Отечественные производители сталкиваются с конкуренцией азиатских, закупающих новейшие технологии. Стоимость сырья — до 73 % от себестоимости пряжи — остается вызовом. США усилят альянсы с клиентами и их клиентами, а отраслевые коллаборации вроде American Textile Partnership — совместных НИОКР индустрии, госсектора и академии — направлены на повышение конкурентоспособности.

Экологические нормы ужесточатся, стимулируя переработку и предотвращение загрязнений. Разработка пряжи из отходов, включая деним, уже идет. Оборудователи будут инновировать для соответствия стандартам воздуха и воды.

Генетическая инженерия обещает волокна с уникальными свойствами. Созданы хлопковые растения с волокнами, лучше удерживающими тепло, за счет полигидроксибутирата. Будущие волокна могут иметь улучшенную окрашиваемость и стабильность.

Новые синтетические волокна, объединяющие лучшие качества двух полимеров, в разработке. Часть — химическим путем, другие — биотехнологически с использованием дрожжей, бактерий или грибов.


Производственный процесс

  1. Войлок: история, производство и современное применение
  2. Углеродное волокно: Состав, производство и будущие применения
  3. Спандекс: наука, история и производство эластичного волокна
  4. Внутреннее устройство и производство современного пожарного автомобиля
  5. Углеродные нанотрубчатые нити, искусственные мышцы и прозрачные листы: передовые применения
  6. Ключевые эксплуатационные характеристики стекловолоконной пряжи: прочность, стабильность и термостойкость
  7. Эпизод 30: Гэри Шарплесс — член совета директоров Concordia Fibers и Boston Materials
  8. Тканые ткани: основы для композитного производства
  9. OmniFibers: Умная ткань, регулирующая дыхание для производительности и восстановления
  10. Революционная умная рубашка обеспечивает непрерывный ЭКГ мониторинг с технологией нанотрубчатых волокон