Клейкость хлопкового волокна

Важную роль в формировании свойств хлопка и хлопчатобумажных изделий играет химический состав хлопкового волокна. Основным веществом, из которого состоит хлопковое волокно, является целлюлоза (94-95 %). Кроме того, хлопок содержит в себе жиро-восковые вещества (0,65 %), пектины (2 %), гемицеллюлозы, белковые, зольные, красящие вещества и воду [9].

Из всех органических соединений целлюлоза является самым распространенным высокомолекулярным соединением, макромолекулы которого состоят из большого числа повторяющихся единиц – 13-глюкозных остатков, соединенных гликозидными связями между первым и четвёртым углеродными атомами (рис. 4) [10].

Число глюкозидных остатков достигает 10 000 и более. В молекуле целлюлозы элементарные звенья С

Н

О

содержат три химически активные гидроксильные группы ОН, которые способствуют возникновению сильного межмолекулярного взаимодействия за счет водородных связей, обеспечивая значительную прочность и жесткость целлюлозы.

Рис. 4. Структурная формула целлюлозы

Кроме того, наличие большого количества гидроксильных групп в макромолекуле определяет поглощение воды и сообщает целлюлозе спиртовой характер в химических реакциях [10]. Свойства хлопковых волокон во многом зависят от гликозидных связей, наименее устойчивых к действию деструкторов различного характера: физикохимических, биологических и др.

Спутники целлюлозы хлопковых волокон также влияют на его свойства: белковые и гемицеллюлозы – на биостойкость; воскообразные – на плохую смачиваемость, затрудняющую процесс крашения, а также на процесс прядения (облегчают скольжение волокон); пигменты придают цвет [9].

1.2. Технологии первичной обработки и прядения хлопкового волокна

Развитие волокон хлопка начинается после цветения в период созревания плодов. Плод ? коробочка диаметром 1,5-4,5 см с 25-35 семенами (рис. 5). Отдельные клетки (1) на поверхности семян (2) начинают интенсивно расти в длину, образуя тонкостенные трубочки с каналом внутри, открытым с одной стороны. Эти трубочки и представляют собой волокна хлопка. Когда коробочка хлопчатника раскрывается 3-5 створками, рост волокна в длину прекращается, на стенках волокон начинает откладываться целлюлоза. Стенки становятся толще, канал уже, жидкость, наполнявшая внутреннюю полость волокна, высыхает, волокно сплющивается и закручивается по спирали [8].

Рис. 5. Развитие волокон хлопка

Созревание хлопка происходит на 5-7 неделе после цветения. Когда плод хлопчатника созревает, коробочка раскрывается, и волокно вместе с семенами собирают сборщики или хлопкоуборочные машины. Уборка хлопка обычно производится в два приема по мере раскрытия коробочек. Часть коробочек, не раскрывшихся до поздней осени, остается на кустах. В Средней Азии такие коробочки называют курак. Их убирают в ходе третьего подбора [8].

Собранный после созревания хлопок, называемый хлопкомсырцом, содержит по весу 60-65 % семян и 35-40 % волокон (некоторая доля может приходиться и на примеси, грязь). После сбора хлопок помещают на солнце для высыхания – это необходимо для отделения волокон от семян. Стадия сбора хлопка требует существенных трудозатрат, в наиболее развитых странах сбор происходит с использованием специальных механических приспособлений. Хлопкоуборочные комбайны имеют быстровращающиеся шпиндели, представляющие собой металлические стержни со специальной насечкой, на которые наматывается выступающий из раскрытых коробочек хлопок-сырец. Со шпинделей он снимается быстровращающимися щеточными барабанами и под действием тяги воздуха передается в бункер машины. Перед машинным сбором поля очищают от сорняков и вызывают опадание 70-80 % листьев с кустов, опрыскивая их цианамидом кальция или другими ядохимикатами. Производительность машинного сбора в 50-70 раз больше ручного, но волокно более засорено растительными примесями и требует более интенсивной очистки [8].

Хлопок-сырец складируется в частном хозяйстве или свозится (так принято, например, в Средней Азии) на хлопкоприемный пункт – специально оборудованное предприятие, где хлопок взвешивается и складируется на сухих выровненных площадках в виде огромных кубов, покрываемых затем брезентом или пленкой. Хлопкоприемные пункты обычно обслуживают сразу несколько хлопководческих хозяйств. Здесь хлопок-сырец дожидается своей очереди для отправки на хлопкоочистительный завод [8].

Первым орудием для очистки хлопка от семян в Индии была так называемая «чурка», состоящая из двух валиков, причем верхний неподвижный, а нижний вращающийся рукояткой (рис. 6). Хлопок с семенами подается между валиками, валик захватывает волокно и протаскивает его на другую сторону, а семена не могут пройти между валиками, отрываются и падают впереди. При этой операции два-три сменных рабочих могли очистить в день не более 6-8 кг чистого хлопка [7].

Рис. 6. Первобытное оруд ие для очистки

По-настоящему решить задачу очистки хлопка от семян удалось американскому изобретателю Эли Уитни (Whitney). В 1793 году он предложил использовать для очистки хлопка от семян пильную хлопкоочистительную машину, так называемый «Коттон-джин» (рис. 7) [7].

Рис. 7. Хлопкоочистительная машина «Коттон-джин»

Коттон-джин представляет собой деревянный ящик, в котором вращаются два цилиндрических вала, на переднем вале насажены круглые пилы, а на заднем ? щетки. Над этими двумя валами находится ящик, дно которого состоит из колосниковой решетки, в отверстиях которой и вращаются пилы при работе джина. Хлопок-сырец подается в ящик, пилы захватывают его снизу своими зубьями, проталкивают сквозь решетку и при вращении передают его сзади их находящимся щеткам, которые работают в 3-4 раза быстрее и образуют такую сильную тягу, что волокна хлопка быстро отлетают от них. Конденсеры собирают все эти хлопья вместе и выпускают их в виде бесконечного полотна. Семена хлопка отрываются от волокна и падают в передней части джина. Коттон-джин чрезвычайно ускорил и удешевил работу по очистке хлопка от семян. С этого же времени хлопководство стало быстро и повсеместно развиваться, как никакая другая отрасль промышленности в мире [7].

Сегодня используется более совершенное оборудование для очистки хлопка, однако оно сделано на базе машины «Коттон-джин». В наши дни после сбора хлопок отправляют на хлопкоочистительный завод, где происходит предварительная очистка и отделение волокон от семян (джинирование).

В массе хлопка кроме волокон содержатся различные сорные примеси, наличие которых снижает качество хлопка. Их количество зависит главным образом от способа сбора хлопка-сырца, его первичной обработки, а также от разновидности хлопчатника и условий его произрастания [10, 11].

Предварительную очистку от тяжелых примесей (камней, засохших комков, почвы, кусков металла и др.) осуществляют на машинах – камнеуловителях. В них поступающий хлопок-сырец откидывается под действием мощной струи воздуха к сетке, а тяжелые примеси под действием собственной массы падают в специальный канал и выводятся из машины. Сырец по пневмопроводу передается на чистители с колковыми барабанами, окруженными колосниковыми решетками (подобные применяются для очистки волокна), для удаления мелких сорных примесей (частиц листьев, веток хлопчатника, створок коробочек и др.) [11].

Отделение волокон от семян осуществляется на машине, называемой волокноотделителем (джины, линтеры и т.д.). При повышенной засоренности волокна требуется дополнительная очистка на чистителях с барабанами и колосниковыми решетками. Затем следует разделение волокон по длине: хлопковые волокна от 20-25 мм, пух или линт (волокна длиной менее 20 мм) и подпушек или делинт (короткий волокнистый покров длиной менее 5 мм) [11].

На долю хлопкового волокна, которое перерабатывают в пряжу, приходится около 1/3 от общей массы хлопка-сырца. Небольшую часть хлопкового волока и пуха используют для изготовления медицинской ваты, прокладок, фильтров и др. Пух и подпушек применяют также в химической промышленности как сырьё, из которого вырабатывают искусственные волокна и нити, взрывчатые вещества и т.д. [11].

Далее хлопок-волокно прессуется в кипы массой 150 – 200 кг при плотности спрессованного волокна в кипе 0,5– 0,7 г/см

и отправляется на склад готовой продукции или непосредственно на хлопкопрядильные фабрики. Партии кип классифицируются и оцениваются по длине, тонине, прочности и униформности (одинаковости) волокон. В советское время хлопкоочистительные заводы осуществляли прямые поставки хлопка-волокна на десятки и сотни различных текстильных предприятий страны в зависимости от потребностей текстильщиков в той или иной разновидности сырья. Система поставок регулировалась соответствующими министерствами и ведомствами. В настоящее время продвижение среднеазиатского хлопка на текстильные предприятия России осуществляется через цепочку торговых посреднических фирм, не связанных с производством [11].

Семена используют для посева, а также получения хлопкового масла. С целью получения хлопкового масла семена отправляют с очистительного завода на завод маслоэкстракционный или масложирокомбинат. Там из семян получают хлопковое масло, а на его основе производят мыло, глицерин, маргарин, смазочные материалы. После извлечения масла остается жмых (если масло выдавливают прессованием) или шрот (если масло экстрагируется органическими растворителями). Эти отходы идут для производства комбикормов или непосредственно на корм скоту. В некоторых странах эти отходы используют как удобрение [11].

После очистки и первичной обработки хлопок поступает на хлопкоперерабатывающие предприятия (как правило, они достаточно удалены от плантаций). Там хлопковое волокно разбивают и вычесывают до появления тонкой ленты, в которой все волокна располагаются параллельно. Далее хлопок перерабатывают в пряжу, из которой вырабатывают ткани, трикотажные и нетканые полотна, швейные нитки, гардинно-тюлевые и галантерейные изделия (тесьму, кружева и др.), шнуры, веревки, канаты и др. [11].

Рассмотрим технологический процесс прядильного производства хлопка (рис. 8).

На первой стадии обработки происходит рыхление хлопка, смешивание и очистка. Для этого масса хлопка из кипы подается питающими решетками разрыхлительных агрегатов к рабочим органам, где на хлопок воздействуют иглы или крупные, легко удаляемые примеси.

Сорные примеси через колосниковые решетки попадают в угарные камеры, а разрыхленная масса хлопка пневматическими или механическими питателями подается к следующим секциям разрыхлительно-трепального агрегата. С разрыхлительно- трепального агрегата хлопок выходит в виде холста – уплотненного слоя хлопка в виде рулона. Холст должен иметь определенную толщину.

Волокна хлопка в холсте находятся в хаотическом состоянии в виде клочков, кроме того, в хлопке содержится еще определенное количество мелких, трудноудалимых сорных примесей [11].

Следующая операция называемая чесанием, осуществляется на чесальной машине,. На машину хлопок поступает в виде холста или разрыхленной массы (бесхолстовое питание). На чесальной машине масса волокна подвергается воздействию сначала зубьев пильчатой ленты и валиков, а затем тонких игл гарнитуры рабочих органов машины. В результате этого происходит расчесывание клочков хлопка на отдельные волокна с одновременной очисткой от цепких примесей и коротких волокон [11].

После чесания из частично параллелизованной тонкой ватки (прочеса) волокон формируется лента, представляющая собой длинный рыхлый круглый полуфабрикат диаметром 1-3 см. В ленте волокна расчесаны, почти не связаны между собой, но не распрямлены и слабо ориентированы относительно оси ленты. Сама лента по толщине неравномерна [11].

Для распрямления волокон и выравнивания ленты производят сложение нескольких лент, а затем утонение сложенного продукта до толщины первоначальных лент. В результате сложения происходит выравнивание лент, так как утолщенные участки складываются в утоненными. При последующем утонении продукта происходит распрямление волокон и ориентация их относительно оси ленты. Утонение получается за счет вытягивания продукта, когда он проходит через пары прижатых друг к другу цилиндров (вытяжных пар), при этом скорость предыдущей пары меньше скорости последующей [11].

Рис. 8. Блок-схема технологического процесса прядильного производства.

1 – подготовка волокна к чесанию (разрыхление, смешивание, трепание и очистка);

2 – получение ленты (чесание);

3 – выравнивание ленты и параллелизация волокон (сложение, вытягивание);

4 – получение ровницы (сложение, вытягивание);

5 – получение однониточной пряжи (сложение, вытягивание, кручение);

6 – получение крученой пряжи (трощение, кручение).

Задача следующего перехода – утонить нить до размеров, пригодных для выработки пряжи. Эту операцию осуществляют на ровничных машинах, где на вытяжном приборе происходит утонение продукта. Продукт ровничного перехода называется ровницей. Это тонкая ленточка, которой для придания минимальной прочности дается слабая подкрутка [11].

Последняя заключительная операция изготовления пряжи происходит на прядильных машинах. Здесь продукт (ровница) вытягивается до толщины пряжи, скручивается, и получается тонкая и прочная пряжа. Процесс прядения осуществляется либо на кольцевых прядильных машинах с веретенами и бегунками, либо на безверетенных пневмомеханических машинах [11].

Описанная последовательность переработки хлопка в прядильном производстве называется кардной (обычной). По этой системе вырабатывается большая часть хлопчатобумажной пряжи. Также существуют гребенная, аппаратная и меланжевая системы прядения. Они имеют свои особенности [11].

По гребенной системе вырабатывается пряжа малой линейной плотности или средней, но с повышенной прочностью. Для выработки такой (гребенной) пряжи используются тонковолокнистые сорта хлопчатника. Чтобы получить такую пряжу, в процесс дополнительно добавляется гребнечесальный переход. На этом переходе волокна прочесываются гребнем (гребнечесание), в результате чего из продукта вычесываются и удаляются короткие волокна (очес). Лента, выходящая из гребнечесальной машины, состоит из длинных, ровных, хорошо распрямленных волокон, и поэтому пряжа получается высокого качества [8].

Для того чтобы процесс гребнечесания проходил без излишней потери длинных волокон и их повреждения, последние должны быть достаточно распрямлены, а продукт, поступающий на машину – равномерным. Поэтому лента с кардочесальных машин проходит дополнительно две подготовительные операции: соединение в холстики по 16-20 лент и вытягивание (утонение) холстиков [8].

По аппаратной системе вырабатывается рыхлая пушистая пряжа невысокой прочности, к качеству которой предъявляются пониженные требования. В качестве сырья используются волокна различной длины, большое количество отходов (угаров), а также смеси различных волокон. Характерной особенностью аппаратной системы является то, что утонение продукта после чесания происходит не в процессе его вытягивания, а делением ватки (прочеса) на отдельные ленты и получением из них ровницы при слабом ссучивании лент. Чесание при этой системе проводят на чесальных аппаратах, которые включают 2-3 перехода кардочесания и ровничную каретку. Полученная ровница передается на прядильную машину. В ровнице, полученной на чесальном аппарате, волокна слабо распрямлены, что и обусловливает рыхлую структуру пряжи. Аппаратную систему в настоящее время начинают заменять кардной, в которой используются роторные пневмомеханические или аэродинамические прядильные машины [8].

Меланжевая система в принципе повторяет кардную, но имеет дополнительные переходы, связанные с крашением хлопка. При этой системе разрыхленное волокно окрашивается в аппаратах, сушится и снова поступает на разрыхлительные машины. Затем этого волокно смешивается, проходит трепание и все последующие операции одной из описанных систем прядения [8].