Техника

Библиотека

наука

Современные технологии и производство

Детская энциклопедия
оглавление

От волокна до ткани

Если вы внимательно рассмотрите ткань вашего платья, то увидите, что она состоит из отдельных нитей, тесно переплетенных между собой. А нить, в свою очередь, сделана из отдельных волоконец, у которых длина примерно в тысячу раз больше толщины. Соединять отдельные короткие и тонкие волокна в длинные нити - пряжу - и делать из нее ткани человек научился еще в глубокой древности. При этом люди использовали те волокна, которые им давала природа,- волокна диких растений, шерсть животных, волокна льна и конопли. С развитием земледелия люди начали выращивать хлопчатник, дающий очень хорошее и прочное волокно.

В наше время кроме волокон натуральных растительного и животного, происхождения применяют химические волокна.

Натуральные текстильные волокна

Волокна состоят из веществ, которые относятся к высокомолекулярным соединениям - полимерам (см. т. 3 ДЭ, ст. "Полимеры"). Из встречающихся в природе веществ к полимерам, например, относятся целлюлоза - основная часть растительных волокон, кератин и фиброин - основные белковые вещества, из которых состоят шерсть и шелк.

Важнейшее природное текстильное волокно - хлопок. Это волоски на семенах хлопчатника. На хлопкоочистительных заводах хлопок-сырец, представляющий собой большое количество семян хлопка, покрытых хлопковым волокном, очищают от попавших при сборе хлопка растительных примесей (частей коробочек, листьев и др.), а затем отделяют волокна от семян на специальных машинах - волокноотделителях. Потом волокно прессуется в кипы.

Длина волокон хлопка различна - от 10,3 до 60 мм. Хлопковое волокно тонкое (средняя толщина - 20-22 мкм), но очень прочное. Оно дешевое, хорошо красится.

Из хлопка получают тонкую, равномерную и прочную пряжу и делают из нее самые разнообразные ткани - от тончайших батиста и маркизета до толстых обивочных тканей.

Текстильные волокна получают также из стеблей и листьев растений. Такие волокна называют лубяными и листовыми. Они бывают тонкие (лен, рами) и грубые (пенька, джут и др.). Из тонких волокон делают различные ткани, из грубых - мешковину канаты и веревки.

Фильера - деталь машин для формования химических волокон. Она делается из тугоплавких металлов в форме цилиндрического колпачка или диска с тонкими отверстиями. Через эти отверстия продавливают расплавленную массу, она затвердевает, и получаются нити.

0720-1.jpg

Шерсть давно известна людям. Основную массу шерсти (до 95%) дают овцы. По своему значению для народного хозяйства шерсть занимает второе место после хлопка. У нее много весьма ценных свойств: она легка, плохо проводит тепло и хорошо поглощает влагу.

Овец стригут или раз в год - весной (при этом шерсть снимается сплошным пластом - руном), или дважды - весной и осенью. При осенней стрижке шерсть получается в виде клочков.

На фабриках первичной обработки - шерстомойках - шерсть освобождают от грязи и посторонних примесей. Руно, одинаковое по своим свойствам, объединяют в общие партии. Из шерсти делают гладкую пряжу, а также пушистую, толстую. На поверхности гладкой ткани хорошо виден рисунок переплетения нитей. Такие ткани прочны, легки, мало мнутся. Из них шьют различную одежду - платья, костюмы, пальто. Из пушистой и толстой пряжи вырабатывают более тяжелые ткани (суконные), имеющие большую толщину и ворсистую поверхность.

Шерсть - единственное натуральное волокно, из которого путем его свойлачивания можно получать различные войлоки, и другие упругие и плотные материалы.

А натуральный шелк получают так. Когда гусенице тутового шелкопряда приходит время превращаться в куколку, чтобы затем стать бабочкой, она выпускает из себя тонкую нить, прикрепляет ее к сухой ветке и сплетает себе из этой нитки оболочку-гнездо - кокон (см. ст. "Тутовый шелкопряд" в т. в ДЭ). Из этих тончайших ниток кокона и делают шелк.

Шелковые коконные нити состоят из 2 шелковинок, склеенных между собой особым веществом - серицином, длина их достигает 400-1200 м. Если дать куколке превратиться в бабочку и выйти из кокона, в шелковых оболочках появятся дырочки. Такие коконы очень трудно разматывать. Поэтому куколку умерщвляют, обрабатывая коконы горячим воздухом, а затем, чтобы они не гнили, сушат. Так как шелковая нить очень тонкая (средняя толщина ее - 25-30 мкм), при разматывании соединяют нити нескольких коконов (от 3 до 10). При этом нити прочно склеиваются серицином. Такую нить называют шелком-сырцом.

Химические волокна
Природное сырье имеет свои недостатки. Натуральные волокна, например, слишком коротки, недостаточно прочны, требуют сложной технологической обработки. И люди стали искать сырье, из которого можно было бы дешевым способом получать ткань, теплую, как шерсть, легкую и красивую, как шелк, дешевую и практичную, как хлопок.

Успехи современной химии позволили создать такое химическое волокно из природных полимеров, главным образом целлюлозы, получаемой из дерева, соломы. Такое волокно называется искусственным, а волокно из синтетических полимеров - синтетическим.

При производстве химических волокон сырье растворяют или расплавляют и получают вязкую массу, которую продавливают через мельчайшие отверстия - фильеры (фильера - рабочий орган машины для формования химических волокон).

Скорость формования химического волокна очень велика и достигает иногда 3000 м/мин. При этом из 1 м3 древесины ели можно получить 1500 м вискозной ткани. Для сравнения скажем, что шелкопряд за свою жизнь дает только один кокон - 0,5 г шелковой нити, длиной в среднем 700 м.

В зависимости от вида химического сырья и условий его формования можно вырабатывать волокна с самыми различными, заранее намеченными свойствами. Чем сильнее тянуть струйку в момент выхода ее из фильеры, тем прочнее получается волокно. Иногда химические волокна даже превосходят по прочности стальную проволоку такой же толщины. Такие нити незаменимы в технике. А в последнее время из химических волокон (главным образом полиамидных) стали делать высокообъемные ниги. Такие нити состоят из элементарных нитей, которые в той или иной степени извиты путем кручения и сжатия. Из-витки могут находиться в одной плоскости или иметь пространственное расположение. Эти нити толще, чем обычные, прочны, прекрасно растягиваются. Изделия из них очень красивы.

Катушки с пряжей, или бобины.

0720-2.jpg

Из химических волокон делают самые разнообразные ткани. Одни из них - очень тонкие, легкие и прозрачные - превосходят по качеству и красоте натуральный шелк. Другие - более плотные, ворсистые, мягкие - очень похожи на шерсть, но в то же время прочнее ее.

Семья химических волокон все время увеличивается.

Изготовление пряжи

После того как получены волокна, можно перейти к изготовлению пряжи. Для большинства химических волокон, которые сразу производят заданной длины и толщины, дальнейшая обработка не нужна. А вот для натуральных волокон, имеющих (за исключением шелка) незначительную длину, обработка необходима и сводится в основном к тому, что отдельные волокна скручивают в тонкие гибкие нити.

В течение многих столетий люди пряли вручную - вытягивали пальцами из массы волокон узенькую ленточку и скручивали ее. Позднее это стали делать с помощью ручных веретен. Потом появилась первая текстильная машина - прялка, затем самопрялка, которая одновременно скручивала пряжу и наматывала ее на веретено. Все эти машины приводились в действие мускульной силой человека.

Современное прядение - одно из основных производств текстильной промышленности - в высокой степени механизировано и автоматизировано. Так как текстильные волокна различны по своим свойствам, для переработки их в пряжу применяют и машины разных конструкций, и разную технологию прядения.

Вот как перерабатывают хлопковое волокно.

Сначала волокно, поступившее на фабрику спрессованным в кипы, разрыхляют, т. е. разделяют на мелкие клочки, при помощи игл и зубьев разрыхлительной машины. Затем в трепальной машине при помощи специального барабана от волокна отделяют сор, и оно еще более разрыхляется. При разрыхлении и трепании волокно много раз перемешивается.

Дальше массу хлопка разделяют на отдельные волокна, окончательно очищают их, распрямляют и располагают параллельно друг другу. Эту сложную работу выполняют на чесальных, а также на ленто-соединительных и ленточных машинах. Поверхность рабочих органов чесальных машин покрыта игольчатой лентой. Материал пропускают между быстро вращающимся барабаном и медленно вращающимися шляпками (узкие пластины игольчатой ленты) или валиками. Чтобы получить самую гладкую, тонкую, особо прочную пряжу, волокна прочесывают специальными гребнями. Короткие волокна и примеси при этом не удерживаются в зажимах и вычесываются.

После чесания получают тонкий слой волокон -ватку, или прочес. На тех же машинах ватка превращается в толстый рыхлый жгут - ленту. Ленту выравнивают по толщине на ленточных, затем на ровничных машинах ее вытягивают и слегка подкручивают для упрочнения тонкой нити. Несколько лент складывают вместе и вытягивают, слегка скручивая, до тех пор, пока не получится ровница - промежуточная по толщине между лентой и пряжей нить.

И наконец, на прядильных машинах из ровницы получают пряжу. Ровница вытягивается, скручивается и наматывается одновременно.

В прядении волокон сейчас применяют вытяжные приборы различных конструкций. Основу их всех составляют вытяжные пары - валики, вращающиеся в разные стороны. Лента, а затем ровница постепенно вытягиваются, двигаясь от одной пары валиков к другой. Приборы сверхвысокой вытяжки растягивают их в 200-300 раз и дают возможность получать пряжу прямо из ленты.

Наши конструкторы создали еще и такие машины, которые одновременно выполняют и прядение, и кручение, и намотку пряжи. Такие машины называются прядильно-крутильными. На них можно вырабатывать крученую пряжу из хлопка, шерсти, вискозного или синтетического штапельного волокна, а также из смеси этих волокон. Можно получить пряжу мулине и фасонную пряжу. На прядильно-кру-тильных машинах все четыре операции выполняются по новому принципу совмещения процессов. Применение таких машин снижает расход электроэнергии почти в 2 раза, повышает производительность труда и увеличивает количество вырабатываемой пряжи по сравнению с обычными машинами. Работают они с более высокой .скоростью.

Перспективно также применение пневмомехани-ческих прядильных машин, на которых прядение производится прямо из ленты (без ровницы). Они работают в 3-3,5 раза быстрее, чем обычные.

Производство тканей

Теперь можно перейти к следующему этапу создания нашей одежды - к ткачеству, т. е. производству тканей из пряжи или непосредственно из химических волокон.

Если рассмотреть поверхность ткани с лицевой стороны в лупу, то видно, как отдельные нити, идущие вдоль куска - основы - переплетаются с нитями поперечного направления - утком. Нити основы идут параллельно друг другу вдоль всего куска ткани. Поэтому, прежде чем основная пряжа поступит на ткацкий станок, необходимо уложить рядами ее длинные нити. Для этого их наматывают параллельно на общий валик - навой. При этом нити основы должны быть сильно натянуты, чтобы в процессе ткачества они плотно переплетались с уточными нитями. В то же время они должны свободно раздвигаться всякий раз, когда челнок с уточной нитью пролетает между ними (до 220-240 раз в минуту). А чтобы они не обрывались при ткачестве, их пропитывают специальным клеящим составом - шлихтой.

Все операции, выполняемые с основными нитями до того, как они поступят на ткацкий станок, производятся на мотальных, сновальных и шлихтовальных машинах.

Уточную пряжу также перематывают и иногда увлажняют- или обрабатывают эмульсией, чтобы сделать более упругой и гладкой.

Прияципнальвая схема работы простейшего ткацкого станка с 2 ремизками.

0720-3.jpg

Схема бесчелночного ткацкого станка. В нем нить утка проталкивается между нитями основы каплей воды, вылетающей из сопла.

0720-4.jpg

Подготовленные нити основы и утка поступают на ткацкий станок. Нити основы свиваются с навоя, помещенного позади станка, и поступают на станок в виде горизонтального полотна под натяжением, которое регулируется грузом или специальными регуляторами. Чтобы можно было управлять порядком раздвигания нитей основы при прокладывании между ними нитей утка (создавать желаемое переплетение нитей в ткани), ихпредварительно продевают каждую в отдельности через специальную петельку - глазок,- привязанную к планкам рамки, называемой ремизкой, а также между зубьями берда (металлического гребня). Ремизки могут подниматься или опускаться. При подъеме некоторых ремизок (хотя бы одной) часть нитей основы поднимается, а другая опускается, причем между ними образуется пространство (как бы двугранный угол), называемое зевом. В это пространство и пролетает челнок. В челноке находится шпуля с уточной нитью. Сматываясь со шпули, уточная нить остается в зеве, располагаясь между нитями основы. Затем ремизки возвращаются в первоначальное положение, и нити основы совмещаются снова в одну плоскость. А бердо, заключенное в качающейся раме (батане), прибивает нить утка к проложенным ранее нитям (опушке ткани). Готовая ткань наматывается на товарный валик.

Виды гладких переплетений в тканях. Слева направо: сатиновое, полотняное, саржевое. Структура ткани увеличена в 4 раза.

0720-5.jpg

Автоматический ткацкий станок.

0720-6.jpg

На ткацком станке с двумя ремизками (на рисунке показана принципиальная схема его работы) можно вырабатывать только ткани с самым простым переплетением нитей - полотняным. Чтобы получить ткани с более сложными переплетениями, необходимо большее количество ремизок - до 24. Ткацкие станки в таких случаях оборудуются специальными ремизоподъемными каретками. Но бывают станки и без ремизок - жаккардовые. Подъем основных нитей в них производится с помощью крючков, каждый из которых может действовать независимо от других. На подобных станках изготовляют ткани со сложными и крупными узорами, называемые по наименованию ткацкого станка жаккардовыми.

Как же строятся переплетения нитей в тканях? Рассматривая ткани с лицевой стороны, можно заметить, что основные нити ложатся в определенном порядке - то сверху, то снизу утка. Это создает тот или иной рисунок переплетения нитей в ткани и придает ей различные свойства. Количество рисунков ткацких переплетений очень велико. По сложности они делятся на гладкие (или простые), мелкоузорчатые, сложные и крупноузорчатые.

К гладким переплетениям относятся полотняное, саржевое и сатиновое. Самое простое и распространенное из них - полотняное. На рисунке вы можете увидеть, что каждая нить основы в нем переплетается с уточной через одну. Ткань полотняного переплетения очень прочна. Поверхность ее гладкая, матовая, одинаковая с лица и изнанки. Ситец, бязь и многие другие хлопчатобумажные ткани, почти все льняные (полотно, парусина и т. п.), а также все шелковые ткани имеют полотняное переплетение нитей.

Схема текстильного производства. Разрыхлительная машина. С помощью ее игл и зубьев спрессованное в кипы волокно разделяется на мелкие клочки.

Трепальная машина. В ее сетчатом барабане волокна разрыхляются и еще больше очищаются. В чесальной машине все рабочие органы покрыты
игольчатой лентой. Здесь волокна разделяются на отдельные волоконца и окончательно очищаются. На ровничной машине ленту, полученную на чесальной машине, скручивают и вытягивают в ровницу.

В прядильной машине валики, вращаясь в разные стороны, вытягивают ровницу в пряжу, а веретена скручивают ее. Сновальная машина скручивает тонкие нити в основную нить, изкоторой на ткацком станке ткут ткани.

0720-7.jpg

На шлихтовальной машине нить пропитывают клейким раствором - шлихтой, чтобы она не рвалась в процессе ткачества. На ткацком станке получают готовые ткани.

Ткани саржевого переплетения легко отличить по косым полоскам на поверхности, идущим обычно слева направо и снизу вверх. Такое переплетение нитей имеют главным образом шерстяные ткани: бостон, шевиот, коверкот и другие,- а также шелковые подкладочные и некоторые хлопчатобумажные.

Поверхность тканей сатинового переплетения гладкая, блестящая, потому что основные и уточные нити в них редко изгибаются. На лицевой стороне такой ткани образуется как бы настил из уточных (или основных) нитей. Однако при таком строении ткань получилась бы недостаточно прочной: ведь основные и уточные нити в ней переплетаются сравнительно редко. Поэтому, чтобы сделать ткани прочнее, их вырабатывают очень плотными. Сатиновое переплетение нитей имеет сатин.

Ткацкие станки бывают ручные, простые механические и автоматические. В ручном станке все последовательные процессы образования ткани выполняет ткач с помощью простейших приспособлений. Сейчас такие станки применяют только для выработки художественных изделий. В простом механическом станке ткань образуется специальными механизмами, получающими движение от привода. Ткач заменяет пустые ("сработанные") уточные шпули полными, устраняет обрывы нитей, наблюдает за работой станка. В автоматическом ткацком станке пустые шпули полными заменяет на ходу автоматически особый механизм. При обрыве основной нити станок автоматически останавливается. Один ткач обслуживает до 12 простых механических станков и до 48 автоматических. В нашей стране автоматические станки заняли ведущее место в ткацком производстве.

Однако ткачество все-таки остается одним из самых трудоемких процессов. Многие изобретатели и ученые работают над созданием новых типов ткацких станков - бесчелночных, рапирных и др.

В бесчелночных станках уточная нить сматывается не со шпули, которую несет челнок, а с неподвижных бобин (катушек), расположенных вне зева. Нить вводится в зев разными способами, например маленькой захваткой, прокидываемой через зев, так же как челнок в обычных ткацких станках. В других станках уточная нить протаскивается при помощи движущихся навстречу друг другу рапир - металлических лент, в третьих - при помощи капли воды, под большим давлением выталкиваемой из сопла струей сжатого воздуха.

Отделка тканей

Ткань, которую снимают со станков, называется суровой или суровьем. Прежде чем поступить в продажу, она проходит операции отделки. Ткани различного назначения отделывают по-разному. Одни отбеливают, другие окрашивают, на третьи наносят печатный рисунок. Ткани делаются блестящими или матовыми, гладкими или ворсистыми. При окончательной отделке их пропитывают составами, придающими им более красивый вид, мягкость или жесткость, несминаемость, молеустойчивость и т. п.

Ассортимент тканей значительно расширился, а качество тканей улучшилось благодаря использованию различного типа новых специальных отделок. Например, отделкой создаются гофрированные ткани из полиамидных волокон типа капрон. При этом на ткань в соответствии с рисунком наносят феноль-ные препараты, от которых ткань местами садится, а местами на ней образуются выпуклости. Двойные ткани типа "Космос" имеют обыкновенно верх из тонкого капрона, а подкладку из вискозы. Если такую ткань обработать на холоде щелочью, то вискоза дает усадку, а капрон образует вздутия. Так на ткани создается рельефный рисунок.

Если на ткань из капроновых и вискозных волокон с помощью специальных шаблонов нанести загущенные растворы кислоты, то после нагревания вискозные волокна от кислоты разрушаются и остаются лишь нити прозрачного капрона. В результате на ткани образуется ажурный узор.

Разработан простой и дешевый способ получения на ткани узора из короткого ворса (до 2 мм) - так называемое флокирование. Ткань с нанесенным на нее по заданному рисунку клеевым веществом помещается в электростатическое поле, куда также подаются короткие волокна ворса. Ворсинки, заряжаясь, принимают вертикальное положение и приклеиваются к ткани по рисунку. С непроклеенных участков ворсинки стряхиваются.

Машина для окраски тканей.

0720-8.jpg

Очень эффективна так называемая несминаемая (или противосминаемая) отделка. При этом ткани (вискозные, штапельные, некоторые хлопчатобумажные и полушерстяные) пропитывают специальными составами, высушивают и подвергают термической обработке. В результате повышается упругость материала и снижается его способность поглощать влагу и, следовательно, давать усадку. Если такую ткань пропустить через тиснилъные каландры, выдавливающие выпуклый узор, а затем подвергнуть термообработке, то такой узор сохранится длительное время (10-15 стирок). Такая отделка называется стойким тиснением.

Ткани отделываются все более разнообразно. Например, выпускаются металлизированные ткани. Металлизация - нанесение на ткань тонких слоев различных металлов: алюминия, хрома, кадмия, олова, цинка, серебра, золота и других металлов, некоторых сплавов и неорганических веществ. Металлизация позволяет создать желаемые декоративные свойства ткани, а также сделать их теплозащитными, токопроводящими, диэлектрическими и т. п.

Металлизация тканей основана на свойстве атомов, образованных с помощью термического испарения металлов, перемещаться в условиях вакуума лучеобразно и покрывать поверхности, находящиеся на их пути. Металлизированные ткани применяют для занавесей, плащей, подкладок. Из них делают также спецодежду для рабочих горячих цехов.

В прежнее время цветные рисунки (узоры) наносились на ткань ручным способом. Такой способ назывался набивкой, набойкой, поэтому и теперь иногда узорчатые ткани называют набивными. Для набивки изготовляли специальные резные формы с рельефными узорами (манеры, цветки) или наборные формы, узор которых набирался из медных пластинок или проволоки. При набивке форму, покрытую краской, накладывали на ткань и ударяли- по ней молотком. Чтобы рисунок был ярче, его расцвечивали кистью от руки.

Однако таким способом раскрашивать ткани медленно и дорого. Поэтому теперь набивка почти не применяется. Современные печатные машины в одну минуту могут нанести рисунок на 125 м ткани.

В печатной машине ткань проходит между печатными валами и большим вращающимся металлическим цилиндром. На печатных валах выгравирован углубленный рисунок, на который щеточным валиком наносится краска. При печатании вал прижимает ткань к большому цилиндру, и на ней получается рисунок. Каждый печатный вал наносит на ткань часть рисунка только одного цвета. Поэтому на современных печатных машинах бывает до 16 валов. Однако в некоторых машинах один вал может дать и весь рисунок.



Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-