Le coton représente près de 50 % de la consommation mondiale de fibres textiles. La Chine, les États-Unis, la Fédération de Russie, l'Inde et le Japon sont les principaux pays consommateurs de coton. La consommation est mesurée par la quantité de fibre de coton brute achetée et utilisée pour fabriquer des matières textiles. La production mondiale de coton est annuellement d'environ 80 à 90 millions de balles (17.4 à 19.6 milliards de kg). La Chine, les États-Unis, l'Inde, le Pakistan et l'Ouzbékistan sont les principaux pays producteurs de coton, représentant plus de 70 % de la production mondiale de coton. Le reste est produit par environ 75 autres pays. Le coton brut est exporté d'environ 57 pays et les textiles de coton d'environ 65 pays. De nombreux pays mettent l'accent sur la production nationale pour réduire leur dépendance à l'égard des importations.

La fabrication de fil est une séquence de processus qui convertissent les fibres de coton brut en fil pouvant être utilisé dans divers produits finis. Un certain nombre de processus sont nécessaires pour obtenir les fils propres, résistants et uniformes requis sur les marchés textiles modernes. Commençant par un paquet dense de fibres enchevêtrées (balle de coton) contenant des quantités variables de matériaux non pelucheux et de fibres inutilisables (matières étrangères, déchets végétaux, pailles, etc.), des opérations continues d'ouverture, de mélange, de mélange, de nettoyage, de cardage, d'étirage , le roving et le filage sont effectués pour transformer les fibres de coton en fil.

Même si les procédés de fabrication actuels sont très développés, la pression concurrentielle continue d'inciter les groupes industriels et les particuliers à rechercher de nouvelles méthodes et machines plus efficaces de transformation du coton qui, un jour, pourraient supplanter les systèmes actuels. Cependant, dans un avenir prévisible, les systèmes conventionnels actuels de mélange, de cardage, d'étirage, de mèche et de filature continueront d'être utilisés. Seul le processus de cueillette du coton semble clairement destiné à être éliminé dans un avenir proche.

La fabrication de fils produit des fils pour divers produits finis tissés ou tricotés (p. ex. vêtements ou tissus industriels) et pour le fil à coudre et les cordages. Les fils sont produits avec différents diamètres et différents poids par unité de longueur. Alors que le processus de fabrication de fil de base est resté inchangé pendant un certain nombre d'années, les vitesses de traitement, la technologie de contrôle et la taille des bobines ont augmenté. Les propriétés du fil et l'efficacité du traitement sont liées aux propriétés des fibres de coton traitées. Les propriétés d'utilisation finale du fil dépendent également des conditions de traitement.

Procédés de fabrication de fils

Ouverture, mélange, mélange et nettoyage

En règle générale, les usines sélectionnent des mélanges de balles ayant les propriétés nécessaires pour produire du fil pour une utilisation finale spécifique. Le nombre de balles utilisées par différentes usines dans chaque mélange varie de 6 ou 12 à plus de 50. Le traitement commence lorsque les balles à mélanger sont amenées dans la salle d'ouverture, où les sacs et les attaches sont retirés. Des couches de coton sont retirées des balles à la main et placées dans des mangeoires équipées de convoyeurs à dents pointues, ou des balles entières sont placées sur des plates-formes qui les déplacent d'avant en arrière sous ou au-dessus d'un mécanisme de cueillette. L'objectif est de commencer le processus de production séquentiel en convertissant les couches compactées de coton en balles en petites touffes légères et pelucheuses qui faciliteront l'élimination des corps étrangers. Ce processus initial est appelé « ouverture ». Étant donné que les balles arrivent à l'usine à divers degrés de densité, il est courant que les attaches de balles soient coupées environ 24 heures avant que les balles ne soient traitées, afin de leur permettre de « fleurir ». Cela améliore l'ouverture et aide à réguler le taux d'alimentation. Les machines de nettoyage des moulins remplissent les fonctions d'ouverture et de nettoyage de premier niveau.

Cardage et peignage

La carde est la machine la plus importante dans le processus de fabrication du fil. Il exécute des fonctions de nettoyage de deuxième et dernier niveau dans une écrasante majorité d'usines de textile de coton. La carte est composée d'un système de trois cylindres recouverts de fil métallique et d'une série de barres plates recouvertes de fil métallique qui travaillent successivement de petites touffes et touffes de fibres dans un degré élevé de séparation ou d'ouverture, éliminent un pourcentage très élevé de déchets et autres corps étranger, rassemblez les fibres en forme de corde appelée « ruban » et placez ce ruban dans un récipient pour l'utiliser dans le processus suivant (voir figure 1).

Figure 1. Cardage

Wilawan Juengprasert, Ministère de la santé publique, Thaïlande

Historiquement, le coton a été amené à la carde sous la forme d'un « tour de récolte », qui est formé sur un « ramasseur », une combinaison de rouleaux d'alimentation et de batteurs avec un mécanisme composé d'écrans cylindriques sur lesquels des touffes de coton ouvertes sont ramassés et roulés en une nappe (voir figure 2). La nappe est retirée des écrans en une feuille plate et uniforme, puis est roulée en un tour. Cependant, les besoins en main-d'œuvre et la disponibilité de systèmes de manutention automatisés avec un potentiel d'amélioration de la qualité contribuent à l'obsolescence du préparateur.

Figure 2. Un sélecteur moderne

Wilawan Juengprasert, Ministère de la santé publique, Thaïlande

L'élimination du processus de cueillette a été rendue possible par l'installation d'équipements d'ouverture et de nettoyage plus efficaces et de systèmes d'alimentation par goulotte sur les cartes. Ces derniers distribuent des touffes de fibres ouvertes et nettoyées aux cardes de manière pneumatique à travers des conduits. Cette action contribue à l'uniformité du traitement et à l'amélioration de la qualité et réduit le nombre de travailleurs requis.

Un petit nombre d'usines produisent du fil peigné, le fil de coton le plus propre et le plus uniforme. Le peignage permet un nettoyage plus poussé que celui fourni par la carte. Le but du peignage est d'éliminer les fibres courtes, les neps et les déchets afin que le ruban résultant soit très propre et brillant. La peigneuse est une machine compliquée composée de rouleaux d'alimentation rainurés et d'un cylindre partiellement recouvert d'aiguilles pour peigner les fibres courtes (voir figure 3).

Figure 3. Peignage

Wilawan Juengprasert, Ministère de la santé publique, Thaïlande

Dessin et itinérance

L'étirage est le premier processus de fabrication de fil qui utilise l'étirage au rouleau. En dessin, la quasi-totalité des dépouilles résulte de l'action des rouleaux. Des conteneurs de ruban provenant du processus de cardage sont jalonnés dans le cantre du cadre d'étirage. L'étirage se produit lorsqu'un ruban est introduit dans un système de rouleaux appariés se déplaçant à différentes vitesses. L'étirage redresse les fibres du ruban en étirant pour que davantage de fibres soient parallèles à l'axe du ruban. La parallélisation est nécessaire pour obtenir les propriétés souhaitées lorsque les fibres sont ensuite retordues en fil. L'étirage produit également un ruban dont le poids par unité de longueur est plus uniforme et permet d'obtenir de meilleures capacités de mélange. Les fibres produites par le processus d'étirage final, appelé étirage finisseur, sont presque droites et parallèles à l'axe du ruban. Le poids par unité de longueur d'un ruban d'étirage finisseur est trop élevé pour permettre l'étirage en fil sur des systèmes de filature à anneaux conventionnels.

Le processus de mèche réduit le poids du ruban à une taille appropriée pour le filage en fil et l'insertion de torsion, ce qui maintient l'intégrité des brins de tirage. Des boîtes de rubans provenant de l'étirage ou du peignage du finisseur sont placées dans le cantre, et les rubans individuels sont alimentés à travers deux jeux de rouleaux, dont le second tourne plus rapidement, réduisant ainsi la taille du ruban d'environ 2.5 cm de diamètre à celle du diamètre d'un crayon standard. La torsion est conférée aux fibres en faisant passer le faisceau de fibres à travers un "flyer" itinérant. Le produit est désormais appelé « roving », qui est conditionné sur une bobine d'environ 37.5 cm de long et d'un diamètre d'environ 14 cm.

Filage

La filature est l'étape la plus coûteuse de la conversion des fibres de coton en fil. Actuellement, plus de 85% du fil mondial est produit sur des cadres de filature à anneaux, qui sont conçus pour tirer la mèche dans la taille de fil souhaitée, ou le nombre, et pour donner la quantité de torsion souhaitée. La quantité de torsion est proportionnelle à la résistance du fil. Le rapport de la longueur à la longueur alimentée peut varier de l'ordre de 10 à 50. Des bobines de mèche sont placées sur des supports qui permettent à la mèche d'alimenter librement le rouleau d'étirage du bâti à anneaux. Après la zone d'étirage, le fil passe à travers un "voyageur" ​​sur une bobine de filage. La broche tenant cette bobine tourne à grande vitesse, ce qui fait gonfler le fil lorsque la torsion est conférée. Les longueurs de fil sur les bobines sont trop courtes pour être utilisées dans les processus ultérieurs et sont retirées dans des "boîtes de filage" et livrées au processus suivant, qui peut être le bobinage ou l'enroulement.

Dans la production moderne de fils plus lourds ou grossiers, la filature à fibres libérées remplace la filature à anneaux. Un ruban de fibres est introduit dans un rotor à grande vitesse. Ici, la force centrifuge convertit les fibres en fils. Il n'y a pas besoin de bobine et le fil est repris sur le paquet requis par l'étape suivante du processus.

Des efforts considérables de recherche et de développement sont consacrés à de nouvelles méthodes radicales de production de fil. Un certain nombre de nouveaux systèmes de filature actuellement en cours de développement pourraient révolutionner la fabrication du fil et entraîner des changements dans l'importance relative des propriétés des fibres telles qu'elles sont actuellement perçues. En général, quatre des différentes approches utilisées dans les nouveaux systèmes semblent pratiques pour une utilisation sur le coton. Les systèmes de filage à âme sont actuellement utilisés pour produire une variété de fils spéciaux et de fils à coudre. Des fils sans torsion ont été produits commercialement sur une base limitée par un système qui lie les fibres ensemble avec un alcool polyvinylique ou un autre agent de liaison. Le système de fil sans torsion offre des taux de production potentiellement élevés et des fils très uniformes. Les tricots et autres tissus d'habillement à partir de fils sans torsion ont une excellente apparence. Dans le filage air-vortex, actuellement à l'étude par plusieurs fabricants de machines, le ruban d'étirage est présenté à un rouleau ouvreur, similaire au filage à rotor. La filature air-vortex est capable de vitesses de production très élevées, mais les modèles prototypes sont particulièrement sensibles aux variations de longueur des fibres et à la teneur en matières étrangères telles que les particules de déchets.

Bobinage et bobinage

Une fois le fil filé, les fabricants doivent préparer un emballage correct. Le type de bobine dépend si le fil sera utilisé pour le tissage ou le tricotage. L'enroulement, le bobinage, la torsion et le quilling sont considérés comme des étapes préparatoires au tissage et au tricotage du fil. En général, le produit du bobinage sera utilisé comme fils de chaîne (les fils qui courent dans le sens de la longueur dans le tissu) et le produit de l'enroulement seront utilisés comme fils de remplissageou fils de trame (les fils qui traversent le tissu). Les produits issus de la filature à fibres libérées contournent ces étapes et sont conditionnés soit pour le fourrage, soit pour la chaîne. La torsion produit des fils retors, où deux fils ou plus sont retordus ensemble avant un traitement ultérieur. Dans le processus de quilling, le fil est enroulé sur de petites bobines, suffisamment petites pour tenir à l'intérieur de la navette d'un métier à tisser. Parfois, le processus de quilling a lieu sur le métier à tisser. (Voir aussi l'article « Tissage et tricotage » dans ce chapitre.)

Gestion des déchets

Dans les usines textiles modernes où le contrôle de la poussière est important, le traitement des déchets est davantage mis en avant. Dans les opérations textiles classiques, les déchets étaient collectés manuellement et livrés à une « déchetterie » s'ils ne pouvaient pas être recyclés dans le système. Ici, il a été accumulé jusqu'à ce qu'il y ait assez d'un type pour faire une balle. Dans l'état actuel de la technique, les centrales d'aspiration renvoient automatiquement les déchets d'ouverture, de cueillette, de cardage, d'étirage et de itinérance. Le système central d'aspiration est utilisé pour le nettoyage des machines, la collecte automatique des déchets sous les machines tels que les mouches et les motes de cardage, et pour le retour des balayages de sol inutilisables et des déchets des condenseurs à filtre. La presse à balles classique est une presse verticale à course ascendante qui forme toujours une balle typique de 227 kg. Dans la technologie moderne des décharges, les déchets sont accumulés à partir du système central d'aspiration dans un réservoir de réception qui alimente une presse à balles horizontale. Les divers déchets de l'industrie de fabrication du fil peuvent être recyclés ou réutilisés par d'autres industries. Par exemple, la filature peut être utilisée dans l'industrie de la filature de déchets pour fabriquer des fils de vadrouille, l'effilochage peut être utilisé dans l'industrie de la ouate de coton pour fabriquer de la ouate pour matelas ou meubles rembourrés.

Préoccupations en matière de sécurité et de santé

Machinerie

Des accidents peuvent survenir sur tous les types de machines textiles en coton, bien que le taux de fréquence ne soit pas élevé. Une protection efficace de la multiplicité des pièces mobiles pose de nombreux problèmes et nécessite une attention constante. La formation des opérateurs aux pratiques de sécurité est également essentielle, notamment pour éviter de tenter des réparations alors que les engins sont en mouvement, à l'origine de nombreux accidents.

Chaque machine peut avoir des sources d'énergie (électriques, mécaniques, pneumatiques, hydrauliques, inertielles, etc.) qui doivent être contrôlées avant toute intervention de réparation ou de maintenance. L'installation doit identifier les sources d'énergie, fournir l'équipement nécessaire et former le personnel pour s'assurer que toutes les sources d'énergie dangereuses sont éteintes pendant le travail sur l'équipement. Une inspection doit être effectuée régulièrement pour s'assurer que toutes les procédures de verrouillage/étiquetage sont suivies et correctement appliquées.

Inhalation de poussière de coton (byssinose)

Il a été démontré que l'inhalation de la poussière générée lorsque la fibre de coton est transformée en fil et en tissu provoque une maladie pulmonaire professionnelle, la byssinose, chez un petit nombre de travailleurs du textile. Il faut généralement 15 à 20 ans d'exposition à des niveaux de poussière plus élevés (supérieurs à 0.5 à 1.0 mg/m³) pour que les travailleurs deviennent des réacteurs. Les normes de l'OSHA et de l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) fixent 0.2 mg/m³ poussière de coton respirable mesurée par l'élutriateur vertical comme limite d'exposition professionnelle à la poussière de coton dans la fabrication de fils textiles. La poussière, une particule en suspension dans l'air libérée dans l'atmosphère lors de la manipulation ou du traitement du coton, est un mélange hétérogène et complexe de déchets botaniques, de terre et de matières microbiologiques (c'est-à-dire des bactéries et des champignons), dont la composition et l'activité biologique varient. L'agent étiologique et la pathogenèse de la byssinose ne sont pas connus. On pense que les déchets de cotonnier associés à la fibre et l'endotoxine des bactéries gram-négatives sur la fibre et les déchets végétaux sont la cause ou contiennent l'agent causal. La fibre de coton elle-même, qui est principalement constituée de cellulose, n'en est pas la cause, car la cellulose est une poussière inerte qui ne provoque pas de maladies respiratoires. Des contrôles techniques appropriés dans les zones de transformation des textiles en coton (voir figure 4) ainsi que les pratiques de travail, la surveillance médicale et les EPI peuvent, pour la plupart, éliminer la byssinose. Un lavage à l'eau douce du coton par des systèmes de lavage discontinus et des systèmes de matelas continus réduit le niveau résiduel d'endotoxine dans les peluches et la poussière en suspension à des niveaux inférieurs à ceux associés à la réduction aiguë de la fonction pulmonaire, telle que mesurée par le volume expiratoire forcé d'une seconde.

Figure 4. Système d'aspiration des poussières pour une carde

Bruit

Le bruit peut être un problème dans certains processus de fabrication de fil, mais dans quelques usines textiles modernes, les niveaux sont inférieurs à 90 dBA, ce qui est la norme américaine mais qui dépasse les normes d'exposition au bruit dans de nombreux pays. Grâce aux efforts de réduction des fabricants de machines et des ingénieurs du bruit industriel, les niveaux de bruit continuent de diminuer à mesure que la vitesse des machines augmente. La solution aux niveaux de bruit élevés est l'introduction d'équipements plus modernes et plus silencieux. Aux États-Unis, un programme de conservation de l'ouïe est requis lorsque les niveaux de bruit dépassent 85 dBA ; cela comprendrait la surveillance du niveau de bruit, les tests audiométriques et la mise à disposition de protections auditives pour tous les employés lorsque les niveaux de bruit ne peuvent pas être inférieurs à 90 dBA.

Stress thermique

Étant donné que le filage nécessite parfois des températures élevées et une humidification artificielle de l'air, une surveillance attentive est toujours nécessaire pour s'assurer que les limites autorisées ne sont pas dépassées. Des installations de climatisation bien conçues et bien entretenues sont de plus en plus utilisées à la place de méthodes plus primitives de régulation de la température et de l'humidité.

Systèmes de gestion de la sécurité et de la santé au travail

Bon nombre des usines de fabrication de fils textiles les plus modernes trouvent utile d'avoir un certain type de système de gestion de la sécurité et de la santé au travail en place pour contrôler les risques sur le lieu de travail auxquels les travailleurs peuvent être confrontés. Il peut s'agir d'un programme volontaire tel que « Quest for the Best in Health and Safety » développé par l'American Textile Manufacturers Institute, ou d'un programme mandaté par des réglementations telles que le programme américain de prévention des blessures et des maladies professionnelles de l'État de Californie (Titre 8, Code de réglementation de la Californie, section 3203). Lorsqu'un système de gestion de la sécurité et de la santé est utilisé, il doit être suffisamment flexible et adaptable pour permettre à l'usine de l'adapter à ses propres besoins.

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