Baumwolle macht fast 50 % des weltweiten Textilfaserverbrauchs aus. China, die Vereinigten Staaten, die Russische Föderation, Indien und Japan sind die größten Baumwollverbraucherländer. Der Verbrauch wird anhand der Menge der eingekauften und zur Herstellung von Textilmaterialien verwendeten Rohbaumwollfaser gemessen. Die weltweite Baumwollproduktion beträgt jährlich etwa 80 bis 90 Millionen Ballen (17.4 bis 19.6 Milliarden kg). China, die Vereinigten Staaten, Indien, Pakistan und Usbekistan sind die wichtigsten Baumwollanbauländer, auf die über 70 % der weltweiten Baumwollproduktion entfallen. Der Rest wird von etwa 75 anderen Ländern produziert. Rohbaumwolle wird aus etwa 57 Ländern und Baumwolltextilien aus etwa 65 Ländern exportiert. Viele Länder setzen auf heimische Produktion, um ihre Abhängigkeit von Importen zu verringern.

Die Garnherstellung ist eine Abfolge von Prozessen, die rohe Baumwollfasern in Garn umwandeln, das für die Verwendung in verschiedenen Endprodukten geeignet ist. Eine Reihe von Prozessen sind erforderlich, um die sauberen, starken und einheitlichen Garne zu erhalten, die auf modernen Textilmärkten benötigt werden. Beginnend mit einem dichten Paket aus verhedderten Fasern (Baumwollballen), das unterschiedliche Mengen an nicht fusselnden Materialien und unbrauchbaren Fasern (Fremdstoffe, Pflanzenabfälle, Partikel usw.) enthält, kontinuierliche Vorgänge des Öffnens, Mischens, Mischens, Reinigens, Kardierens und Ziehens , Roving und Spinnen werden durchgeführt, um die Baumwollfasern in Garn umzuwandeln.

Obwohl die derzeitigen Herstellungsverfahren hoch entwickelt sind, spornt der Wettbewerbsdruck Industriegruppen und Einzelpersonen weiterhin an, nach neuen, effizienteren Methoden und Maschinen für die Verarbeitung von Baumwolle zu suchen, die eines Tages die heutigen Systeme ersetzen könnten. Für die absehbare Zukunft werden jedoch weiterhin die derzeitigen konventionellen Systeme des Mischens, Kardierens, Streckens, Rovings und Spinnens verwendet. Nur der Baumwollpflückprozess scheint in naher Zukunft eindeutig zum Aussterben verurteilt zu sein.

Die Garnherstellung produziert Garne für verschiedene gewebte oder gestrickte Endprodukte (z. B. Bekleidung oder technische Stoffe) sowie für Nähgarn und Tauwerk. Es werden Garne mit unterschiedlichen Durchmessern und unterschiedlichen Längengewichten hergestellt. Während der grundlegende Garnherstellungsprozess seit einigen Jahren unverändert bleibt, haben Verarbeitungsgeschwindigkeiten, Steuerungstechnologie und Spulengrößen zugenommen. Garneigenschaften und Verarbeitungseffizienz hängen mit den Eigenschaften der verarbeiteten Baumwollfasern zusammen. Die Endanwendungseigenschaften des Garns sind auch eine Funktion der Verarbeitungsbedingungen.

Garnherstellungsprozesse

Öffnen, Mischen, Mischen und Reinigen

In der Regel wählen Mühlen Ballenmischungen mit den Eigenschaften aus, die zur Herstellung von Garn für eine bestimmte Endanwendung erforderlich sind. Die Anzahl der Ballen, die von verschiedenen Mühlen in jeder Mischung verwendet werden, reicht von 6 oder 12 bis über 50. Die Verarbeitung beginnt, wenn die zu mischenden Ballen in den Öffnungsraum gebracht werden, wo Beutel und Verschnürungen entfernt werden. Baumwollschichten werden von Hand von den Ballen entfernt und in Zubringer gelegt, die mit mit Stachelzähnen besetzten Förderern ausgestattet sind, oder ganze Ballen werden auf Plattformen gelegt, die sie unter oder über einem Pflückmechanismus hin und her bewegen. Ziel ist es, den sequentiellen Produktionsprozess zu beginnen, indem die verdichteten Lagen gepresster Baumwolle in kleine, leichte, flauschige Büschel umgewandelt werden, die das Entfernen von Fremdstoffen erleichtern. Dieser anfängliche Vorgang wird als „Öffnen“ bezeichnet. Da die Ballen in unterschiedlichen Dichtegraden im Werk ankommen, ist es üblich, die Ballenbindungen etwa 24 Stunden vor der Verarbeitung der Ballen zu schneiden, damit sie „aufblühen“ können. Dies verbessert die Öffnung und hilft, die Fütterungsrate zu regulieren. Die Reinigungsmaschinen in Mühlen übernehmen die Funktionen des Öffnens und der Reinigung der ersten Ebene.

Kardieren und Kämmen

Die Karde ist die wichtigste Maschine im Garnherstellungsprozess. Es übernimmt in der überwältigenden Mehrheit der Baumwolltextilfabriken Reinigungsfunktionen der zweiten und letzten Ebene. Die Karde besteht aus einem System aus drei drahtbespannten Zylindern und einer Reihe flacher, drahtbespannter Stäbe, die nacheinander kleine Klumpen und Faserbüschel zu einem hohen Grad an Trennung oder Offenheit bearbeiten, einen sehr hohen Prozentsatz an Abfall und anderem entfernen Fremdstoffe, sammeln die Fasern in einer strangartigen Form, die als „Splitter“ bezeichnet wird, und liefern diesen Splitter in einem Behälter zur Verwendung im nachfolgenden Prozess (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Kardieren

Wilawan Juengprasert, Gesundheitsministerium, Thailand

In der Vergangenheit wurde Baumwolle der Karde in Form einer „Pflückerwickel“ zugeführt, die auf einem „Pflücker“ gebildet wurde, einer Kombination aus Zufuhrwalzen und Schlägern mit einem Mechanismus, der aus zylindrischen Sieben besteht, auf denen sich geöffnete Baumwollbüschel befinden gesammelt und zu einem Vlies gerollt (siehe Abbildung 2). Das Vlies wird von den Sieben in einer ebenen, flachen Lage entfernt und dann zu einem Wickel gerollt. Der Personalbedarf und die Verfügbarkeit automatisierter Handhabungssysteme mit dem Potenzial für verbesserte Qualität tragen jedoch zur Veralterung des Kommissionierers bei.

Abbildung 2. Ein moderner Picker

Wilawan Juengprasert, Gesundheitsministerium, Thailand

Der Wegfall des Kommissioniervorgangs wurde durch die Installation effizienterer Öffnungs- und Reinigungseinrichtungen und Schachtbeschickungssysteme an den Karden ermöglicht. Letztere verteilen die geöffneten und gereinigten Faserflocken pneumatisch über Kanäle auf Karden. Diese Aktion trägt zur Verarbeitungskonsistenz und verbesserten Qualität bei und reduziert die Anzahl der erforderlichen Arbeitskräfte.

Eine kleine Anzahl von Spinnereien produziert gekämmtes Garn, das sauberste und gleichmäßigste Baumwollgarn. Das Kämmen sorgt für eine umfassendere Reinigung als die Karde. Der Zweck des Kämmens besteht darin, kurze Fasern, Nissen und Abfall zu entfernen, so dass das resultierende Faserband sehr sauber und glänzend ist. Die Kämmmaschine ist eine komplizierte Maschine, die aus genuteten Einzugswalzen und einem teilweise mit Nadeln besetzten Zylinder zum Auskämmen kurzer Fasern besteht (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Kämmen

Wilawan Juengprasert, Gesundheitsministerium, Thailand

Zeichnen und umherstreifen

Das Verstrecken ist das erste Verfahren in der Garnherstellung, bei dem das Rollenverstrecken zum Einsatz kommt. Beim Zeichnen resultiert praktisch der gesamte Verzug aus der Wirkung von Walzen. Behälter mit Faserband aus dem Kardierprozess werden im Gatter der Strecke abgesteckt. Das Verstrecken erfolgt, wenn ein Faserband in ein System von gepaarten Walzen eingeführt wird, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Das Strecken richtet die Fasern im Faserband durch Verstrecken aus, um mehr Fasern parallel zur Achse des Faserbands zu machen. Die Parallelisierung ist notwendig, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, wenn die Fasern anschließend zu Garn gezwirnt werden. Das Strecken erzeugt auch ein Faserband, das ein gleichmäßigeres Gewicht pro Längeneinheit hat und dazu beiträgt, bessere Mischfähigkeiten zu erreichen. Die Fasern, die durch den Endziehprozess, Finisher-Strecken genannt, erzeugt werden, sind nahezu gerade und parallel zur Faserbandachse. Das Längengewicht eines Finisher-Streckbandes ist zu hoch, um es auf konventionellen Ringspinnanlagen zu Garn verstrecken zu können.

Der Vorgarnprozess reduziert das Gewicht des Faserbands auf eine geeignete Größe zum Spinnen zu Garn und zum Einbringen von Drehungen, wodurch die Integrität der Zugstränge erhalten bleibt. Büchsen mit Faserbändern vom Finisher-Ziehen oder Kämmen werden in das Gatter gestellt, und einzelne Faserbänder werden durch zwei Walzensätze geführt, von denen der zweite schneller rotiert, wodurch die Größe des Faserbandes von etwa 2.5 cm im Durchmesser auf diejenige des Durchmessers reduziert wird eines normalen Bleistifts. Den Fasern wird eine Verdrehung verliehen, indem das Faserbündel durch einen umherziehenden „Flyer“ geführt wird. Das Produkt heißt jetzt „Roving“, das auf einer etwa 37.5 cm langen Spule mit einem Durchmesser von etwa 14 cm verpackt ist.

Spinnen

Das Spinnen ist der teuerste Schritt bei der Umwandlung von Baumwollfasern in Garn. Gegenwärtig werden über 85 % des Garns weltweit auf Ringspinnmaschinen hergestellt, die so konstruiert sind, dass sie das Roving in die gewünschte Garngröße oder Garnfeinheit ziehen und ihm die gewünschte Drehung verleihen. Die Höhe der Drehung ist proportional zur Stärke des Garns. Das Verhältnis der Länge zur zugeführten Länge kann in der Größenordnung von 10 bis 50 variieren. Vorgarnspulen werden auf Halter gelegt, die es dem Vorgarn ermöglichen, frei in die Streckwalze der Ringspinnmaschine eingezogen zu werden. Nach dem Verzugsfeld gelangt das Garn durch einen „Läufer“ auf eine Spinnspule. Die Spindel, die diese Spule hält, dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, was bewirkt, dass das Garn aufbläht, wenn eine Drehung verliehen wird. Die Garnlängen auf den Spulen sind für die Verwendung in Folgeprozessen zu kurz und werden in „Spinnkästen“ abgezogen und dem nächsten Prozess zugeführt, der das Aufspulen oder Aufspulen sein kann.

In der modernen Produktion von schwereren oder gröberen Garnen löst das Open-End-Spinnen das Ringspinnen ab. Ein Faserband wird einem Hochgeschwindigkeitsrotor zugeführt. Hier wandelt die Zentrifugalkraft die Fasern in Garne um. Die Spule wird nicht benötigt und das Garn wird auf der für den nächsten Prozessschritt erforderlichen Spule aufgewickelt.

Beträchtliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen werden radikal neuen Methoden der Garnherstellung gewidmet. Eine Reihe neuer Spinnsysteme, die derzeit in der Entwicklung sind, könnten die Garnherstellung revolutionieren und Änderungen in der relativen Bedeutung von Fasereigenschaften bewirken, wie sie jetzt wahrgenommen werden. Im Allgemeinen erscheinen vier der unterschiedlichen Ansätze, die in den neuen Systemen verwendet werden, für die Verwendung bei Baumwolle praktikabel. Core-spun-Anlagen werden derzeit zur Herstellung einer Vielzahl von Spezialgarnen und Nähfäden eingesetzt. Zwirnlose Garne wurden kommerziell in begrenztem Umfang durch ein System hergestellt, das die Fasern mit einem Polyvinylalkohol oder einem anderen Bindemittel miteinander verbindet. Das drehungslose Garnsystem bietet potenziell hohe Produktionsraten und sehr gleichmäßige Garne. Gestrickte und andere Bekleidungsstoffe aus drehfreiem Garn haben ein hervorragendes Aussehen. Beim Luftwirbelspinnen, das derzeit von mehreren Maschinenherstellern untersucht wird, wird das Streckband ähnlich wie beim Rotorspinnen einer Auflösewalze vorgelegt. Das Luftwirbelspinnen ist für sehr hohe Produktionsgeschwindigkeiten geeignet, aber Prototypmodelle sind besonders empfindlich gegenüber Faserlängenschwankungen und dem Gehalt an Fremdstoffen wie Abfallpartikeln.

Wickeln und Spulen

Sobald das Garn gesponnen ist, müssen die Hersteller eine korrekte Spule vorbereiten. Die Art der Spule hängt davon ab, ob das Garn zum Weben oder Stricken verwendet wird. Wickeln, Spulen, Zwirnen und Kräuseln gelten als vorbereitende Schritte zum Weben und Stricken von Garn. Im Allgemeinen wird das Produkt des Spulens als verwendet Kettfäden (die Garne, die in gewebtem Stoff in Längsrichtung verlaufen) und das Wickelprodukt werden als verwendet Füllgarne, oder Schussgarne (die Fäden, die über den Stoff laufen). Die Produkte aus dem Open-End-Spinnen umgehen diese Schritte und werden entweder für den Schuss oder die Kette verpackt. Beim Zwirnen entstehen Zwirne, bei denen zwei oder mehr Garne vor der Weiterverarbeitung miteinander verdrillt werden. Beim Quilling wird Garn auf kleine Spulen gewickelt, die klein genug sind, um in das Schiffchen eines Kastenwebstuhls zu passen. Manchmal findet der Quilling-Prozess am Webstuhl statt. (Siehe auch den Artikel „Weben und Stricken“ in diesem Kapitel.)

Abfallbehandlung

In modernen Textilfabriken, in denen Staubkontrolle wichtig ist, wird der Abfallbehandlung größere Bedeutung beigemessen. In klassischen Textilbetrieben wurden Abfälle manuell gesammelt und an ein „Wastehouse“ geliefert, wenn sie nicht in das System zurückgeführt werden konnten. Hier wurde es angesammelt, bis es genug von einer Sorte gab, um einen Ballen zu machen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik führen Zentralvakuumsysteme automatisch Abfall vom Öffnen, Kommissionieren, Kardieren, Ziehen und Vorgarn zurück. Das zentrale Staubsaugsystem wird zum Reinigen von Maschinen, zum automatischen Sammeln von Abfällen unter Maschinen wie Fliegen und Staub vom Kardieren und zum Zurückführen von unbrauchbarem Bodenfeger und Abfällen von Filterkondensatoren verwendet. Die klassische Ballenpresse ist eine vertikale Aufwärtspresse, die immer noch einen typischen 227-kg-Ballen formt. In der modernen Abfallhaustechnik werden Abfälle aus der zentralen Vakuumanlage in einem Vorlagebehälter gesammelt, der eine horizontale Ballenpresse beschickt. Die verschiedenen Abfallprodukte der Garnherstellungsindustrie können recycelt oder von anderen Industrien wiederverwendet werden. Beispielsweise kann das Spinnen in der Abfallspinnerei zur Herstellung von Moppgarnen verwendet werden, Garnett kann in der Baumwollvliesindustrie verwendet werden, um Watte für Matratzen oder Polstermöbel herzustellen.

Sicherheits- und Gesundheitsbedenken

Maschinen

Unfälle können auf allen Arten von Maschinen für Baumwolltextilien auftreten, obwohl die Häufigkeitsrate nicht hoch ist. Ein wirksamer Schutz der Vielzahl beweglicher Teile bringt viele Probleme mit sich und erfordert ständige Aufmerksamkeit. Die Schulung der Bediener in sicheren Verfahren ist ebenfalls von wesentlicher Bedeutung, insbesondere um Reparaturversuche bei laufender Maschine, der Ursache vieler Unfälle, zu vermeiden.

Jedes Maschinenteil kann Energiequellen haben (elektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, Trägheit usw.), die kontrolliert werden müssen, bevor Reparatur- oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Die Einrichtung sollte Energiequellen identifizieren, die erforderliche Ausrüstung bereitstellen und das Personal schulen, um sicherzustellen, dass alle gefährlichen Energiequellen während der Arbeit an der Ausrüstung abgeschaltet werden. Es sollte regelmäßig eine Inspektion durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alle Lockout/Tagout-Verfahren befolgt und korrekt angewendet werden.

Einatmen von Baumwollstaub (Byssinose)

Das Einatmen von Staub, der bei der Verarbeitung von Baumwollfasern zu Garn und Stoff entsteht, hat bei einer kleinen Zahl von Textilarbeitern nachweislich zu einer berufsbedingten Lungenkrankheit, Byssinose, geführt. Es dauert normalerweise 15 bis 20 Jahre, bis Sie höheren Staubkonzentrationen ausgesetzt sind (über 0.5 bis 1.0 mg/m³) damit Arbeiter zu Reaktoren werden. Die Standards der OSHA und der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) legen 0.2 mg/m fest³ Einatembarer Baumwollstaub, gemessen mit dem vertikalen Elutriator, als Grenzwert für die berufliche Exposition gegenüber Baumwollstaub bei der Herstellung von Textilgarnen. Der Staub, luftgetragene Partikel, die bei der Handhabung oder Verarbeitung von Baumwolle in die Atmosphäre freigesetzt werden, ist eine heterogene, komplexe Mischung aus botanischem Abfall, Erde und mikrobiologischem Material (dh Bakterien und Pilzen), die in Zusammensetzung und biologischer Aktivität variiert. Der ätiologische Erreger und die Pathogenese der Byssinose sind nicht bekannt. Es wird angenommen, dass Baumwollpflanzenabfälle, die mit der Faser und dem Endotoxin von gramnegativen Bakterien auf der Faser und Pflanzenabfällen verbunden sind, die Ursache sind oder den Erreger enthalten. Die Baumwollfaser selbst, die hauptsächlich Zellulose ist, ist nicht die Ursache, da Zellulose ein inerter Staub ist, der keine Atemwegserkrankungen verursacht. Geeignete technische Kontrollen in Baumwolltextilverarbeitungsbereichen (siehe Abbildung 4) zusammen mit Arbeitspraktiken, medizinischer Überwachung und PSA können die Byssinose größtenteils beseitigen. Ein mildes Waschen von Baumwolle mit Wasser durch Batch-Kier-Waschsysteme und kontinuierliche Wattesysteme reduziert den Restgehalt an Endotoxin sowohl in Flusen als auch in Staub in der Luft auf Werte unterhalb derjenigen, die mit der akuten Verringerung der Lungenfunktion verbunden sind, gemessen durch das forcierte Ausatmungsvolumen von 1 Sekunde.

Abbildung 4. Staubabsaugsystem für eine Karde

Lärm

Lärm kann bei einigen Prozessen in der Garnherstellung ein Problem darstellen, aber in einigen modernen Textilfabriken liegen die Pegel unter 90 dBA, was der US-Norm entspricht, aber die Lärmbelastungsnormen in vielen Ländern übersteigt. Dank der Bemühungen von Maschinenherstellern und Industrielärmingenieuren zur Lärmminderung nehmen die Geräuschpegel mit zunehmender Maschinengeschwindigkeit weiter ab. Die Lösung für hohe Geräuschpegel ist die Einführung modernerer, leiserer Geräte. In den Vereinigten Staaten ist ein Gehörschutzprogramm erforderlich, wenn der Geräuschpegel 85 dBA übersteigt; Dazu gehören die Überwachung des Geräuschpegels, audiometrische Tests und die Bereitstellung von Gehörschutz für alle Mitarbeiter, wenn der Geräuschpegel nicht unter 90 dBA gebracht werden kann.

Hitzestress

Da beim Spinnen teilweise hohe Temperaturen und eine künstliche Luftbefeuchtung erforderlich sind, ist stets eine sorgfältige Überwachung erforderlich, um sicherzustellen, dass zulässige Grenzwerte nicht überschritten werden. Gut konstruierte und gewartete Klimaanlagen werden zunehmend anstelle primitiverer Methoden zur Temperatur- und Feuchtigkeitsregulierung eingesetzt.

Arbeitsschutz- und Gesundheitsmanagementsysteme

Viele der moderneren Fabriken zur Herstellung von Textilgarn halten es für nützlich, über eine Art Arbeitssicherheits- und Gesundheitsmanagementsystem zu verfügen, um die Gefahren am Arbeitsplatz zu kontrollieren, denen die Arbeitnehmer ausgesetzt sein können. Dies kann ein freiwilliges Programm wie das vom American Textile Manufacturers Institute entwickelte „Quest for the Best in Health and Safety“ sein oder eines, das durch Vorschriften wie das Arbeitsunfall- und Krankheitsverhütungsprogramm des US-Bundesstaates Kalifornien (Titel 8, California Code of Regulations, Abschnitt 3203). Wenn ein Sicherheits- und Gesundheitsmanagementsystem verwendet wird, sollte es flexibel und anpassungsfähig genug sein, damit das Werk es an seine eigenen Bedürfnisse anpassen kann.

Zurück