Развитие техники красильно-отделочного производства и современное состояние процесса крашения текстильных материалов
История развития техники красильно-отделочного производства
Древний метод крашения текстиля – крашение в мотках. Ранее мотки пряжи подвешивались на шестах и вручную опускались в чан с раствором красителя. В настоящее время для этого применяется машина, похожая на «чертово колесо»; при повороте колеса его спицы с мотками пряжи погружаются в краситель.
Многочисленные открытия в органической химии в XIX в., и особенно во второй его половине, привели к созданию искусственных красителей, новых приемов и новой техники крашения [4].
Русские ученые - А. И. Бутлеров, Н. Н. Зинин, А. А. Воскресенский, Б. П. Алексеев и другие явились авторами открытий мирового значения в области изготовления красителей. Но для практического применения их открытий в России не было условий, и отечественная текстильная промышленность полностью зависела от иностранных поставок красителей. Лишь в 1914 г. была сделана попытка развития производства красок в нашей стране: акционерное общество "Русскокраска" приступило к постройке в Донбассе Рубежанского завода (ныне крупнейший комбинат по производству красящих веществ для текстильной промышленности).
Не производилось в России и красильно-отделочное оборудование, если не считать изготовления отдельных машин в механических и чугунолитейных мастерских некоторых крупных фабрик. Заводское производство красильно-отделочного оборудования началось в России только в 90-х годах XIX в. Развитие красильно-отделочных машин шло как в направлении выполнения технологических операций и совершенствования механической части машины, специализации и агрегирования, так и по пути снижения расходов красителей, воды, пара, топлива и энергии, связанных с выполнением операций.
|
|
Исследование развития техники красильно-отделочного производства удобно вести по группам машин в порядке их последовательности в производстве. На рисунке 1 приведена схема красильной барки [4].
Рисунок 1 - Схема красильной барки
Красильные барки издавна составляли основную и многочисленную группу машин, которыми пользовались для различных операций: промывки ткани, пропитки химическими материалами, отбелки едким натром, крашения многими способами и др. В производстве насчитывались десятки барок, пользовались ими постоянно в связи с многократным повторением одних и тех же операций. Работали барки периодически, вручную, имели несложные приспособления по перекатке ткани, подводу воды и пара. С течением времени барки получили механический привод и отжимное приспособление. Совершенствование барки шло также в направлении специализации согласно назначенной операции.
Английский завод Матера и Плата в конце XIX в. выпустил жгутопромывную барку под названием "машина-клаппо". Машина работала непрерывно и одновременно промывала два жгута ткани. Каждый из жгутов обвивал нижний отжимной вал до шести раз, чтобы повторить столько же раз промывку и отжимку. Скорость движения жгута составляла 3 - 4м/сек.
Машина-клаппо подверглась в дальнейшем усовершенствованию. Она получила приспособление, встряхивающее ткань и ударявшее ее при этом о деревянный щит, благодаря чему эффект очистки ткани повысился.
|
|
На базе жгутопромывной машины была создана машина для пропитки ткани химическими материалами. Ящик машины выстилался листами антикоррозийного металла, отжим усиливался тремя валами, удлинялся путь каждого жгута до десяти петель и т. д. Машина под названием мойно-материальной дошла до наших дней [4].
Пропитка ткани химическими материалами вызвала специализацию барки с учетом свойств пропитывающей жидкости, пропитываемой ткани, режима пропитки. Так, для повышения эффективности пропитки тяжелой льняной ткани барка оснащалась ударными молотками, и пропитка или промывка называлась "под ударами".
Для валяния сукон была создана валяльная сукновалка, схема которой повторяла схему промывной барки.
Совершенствованию техники пропитки помогало постепенное оснащение барок приспособлениями и устройствами, стабилизирующими и автоматизирующими работу барок, в виде отжима соответствующей мощности, авторегулятора уровня жидкости, укрытий с вентиляцией и др.
Развитие барки шло, кроме специализации и улучшения конструкции, также в направлении агрегирования операции промывки, пропитки или крашения с последующей операцией, например сушкой, вызреванием и т. д. Создавались "машины-континю" - прототип будущих поточных линий [4].
Для непрерывного беспротравного крашения инженер Вёльтер разработал "куб-континю", значительно упрощавший и ускорявший процесс кубового крашения. Работая беспрерывно, куб дважды пропитывает ткань в двух нижних отделениях в растворе индиго и дважды проводит ткань через два верхних отделения для окисления кислородом воздуха.
|
|
Аппарат континю сложился при окрашивании ткани кампешем из трех барок: для пропитки ткани раствором кампеша и кварцеронного экстракта, для раствора зеленого купороса и промывки ткани водой. Количество машин (аппаратов) континю быстро увеличивалось в последние десятилетия XIX в. Развитие техники опаливания ткани, необходимого перед отваркой, прошло свой путь от огневой палилки с раскаленным чугунным или медным желобом до газовой, в которой ткань проходит непосредственно над пламенем газа. Газовая палилка допускала быстрое регулирование температуры, одностороннюю и двухстороннюю опалку ткани, несложное удаление нагретого и дурнопахнущего воздуха, мало расходовала топлива, а производительность была в 2 раза больше. На рубеже XIX-XX вв. заводы стали выпускать палилки с накалом желоба электротоком [5].
Техника отварки суровья перед крашением получила в рассматриваемый период значительное развитие. В середине XIX в. широкое применение получили "бардовские котлы". Установленные вертикально два котла, каждый емкостью по 750 м3, составляли один аппарат. Одна и та же порция жидкости (раствор едкой извести для хлопчатобумажной ткани) работала периодически, то в одном, то в другом котле несколько раз. Варка шла непрерывно под давлением 3-4 атмосфер в течение 8-14 часов. Позднее котел подвергся усовершенствованию: распределение жидкости по поверхности заложенной в котел ткани стало осуществляться инженером, что значительно улучшило и ускорило качество отварки.
В конце XIX в. варочный котел был переконструирован в запарный для обработки ткани по методу эльзасского химика Кёхлина. Запарный отбельный котел, горизонтально расположенный, с боковым широким отверстием, закрываемым тяжелой крышкой, загружался тканью весом до 2 т с помощью тележки. Циркуляция щелочной жидкости осуществлялась непрерывно. Промывка ткани производилась горячей водой. Давление пара не превышало 0,5 атмосфер, время обработки сократилось до 5 часов. В таком виде котел дошел до настоящего времени.
Машины для отбелки льняной ткани имеют много общего с машинами для отбелки хлопчатобумажных тканей, но работают при ином режиме [5].
Развитие техники сушки ткани - операции, много раз повторяющейся, требующей много тепла, энергии, места, рабочей силы, - шло в рассматриваемый период усиленным темпом. Для экономии тепла воду из ткани выжимали перед сушкой с помощью машины, состоящей из пары отжимных валов. Крепко сжатые жгуты ткани обвивали валы несколько раз. Ткань теряла до 40% воды. Позднее эта машина уступила место более эффективной центрифуге.
Первоначальная техника сушки ткани сводилась к устройству простой сушильни, т. е. высокого каменного здания с калориферными трубами от топки, решетчатым полом и потолком. Ткань развешивалась свободными петлями во всю высоту здания. Во второй половине XIXв. сушилка была заменена сушильной машиной, работающей по принципу непосредственного соприкосновения сырой ткани с горячей металлической поверхностью. Машина под названием "сушильные барабаны" состояла из заданного числа цилиндров диаметром 0,6 м, длиной 1,1 или 1,86 м. Стойки, цапфы цилиндров и подшипники цапф изготовлялись пустотелыми для впуска в цилиндры пара и удаления конденсата. На выходе ткань укладывалась самокладом в тележку.
Развитие конструкции сушильных барабанов привело к агрегированию их с предшествующими машинами - с отжимом, плюсовкой, красящими, промывными и другие [5].
Большое значение в совершенствовании сушильных барабанов имело предложение инженера Никольской мануфактуры С. А. Назарова об устройстве над сушильными машинами стеклянных шатров, из-под которых горячий и влажный воздух удалялся вентилятором и устранялся брак ткани от конденсата с потолка. Опыт С. А. Назарова послужил примером для других красильно-отделочных фабрик.
Рисунок 2 - Сушильня при печатных машинах, нагреваемая горячим воздухом (схема)
Многие виды крашения - особенно гладкого и в светлых тонах - не допускают сушки ткани соприкосновением с горячими поверхностями из-за образования полосатости. Для сушки таких тканей использовался горячий воздух. На рисунке 2 представлена схема машины, в которой ткань высушивается, совершая длинный путь в горячем воздухе и около горячих плит. По этой же схеме создавалась воздушная сушилка при ситцепечатных машинах, без чего было бы невозможно ситцепечатание [6].
При некоторых способах окрашивания ткань нуждалась в "вызревании". Техника его сводилась к развешиванию ткани в здании с высоким потолком, где нанесенный на ткань химический материал окислялся воздухом при нормальной температуре и влажности. Эта примитивная техника была вытеснена зрельной машиной, специально оборудованной устройствами для поддержания в камере микроклимата и регулирования скорости движения ткани.
Развитие техники запаривания ткани, которое необходимо для образования цветных лаков и закрепления их, прошло путь от примитивного, прерывного способа с помощью запарной трубки до закрытого, непрерывно действующего аппарата. Процесс запаривания ткани, развешенной в камере аппарата, длился до 2 часов. Позднее камера была усовершенствована по образцу запарочного котла для отварки ткани, и продолжительность запарки сократилась до 20-30 минут. Дальнейшее развитие техники запаривания привело к созданию непрерывно действующей запарной машины с автоматической заправкой ткани, при малом расходе тепла и полном устранении капели [6].
Развитие машин, выполняющих окрашивание ткани, начавшись с простой деревянной варки с ручным приводом, шло в направлении механизации, специализации, беспрерывности действия и агрегирования. Машины для пропитки ткани солями анилина - солильная машина, танином - танинная барка, крахмалом - крахмальная и др. в начале XXв. были усовершенствованы и стали автоматически действующими роликовыми закрытыми машинами.
Ситцепечатание - крашение ткани многоцветным рисунком - зародилось в XVIIIв. в Германии. Рисунок воспроизводился ручным способом с помощью рельефных форм. Понадобился столетний поиск для создания многоцветной печатной машины. Такая многовальная (до девяти валов) и многоцветная печатная машина непрерывного действия появилась лишь в середине XIX в., заменив труд 50 набойщиков. В ходе совершенствования ее деревянные набойные формы были заменены медными валиками, рельефная гравюра - глубинной, механические привод машины и регулятор скорости - электрическими, введено повторное использование подкладки и кирзы (Кирза - многослойная ткань, покрытая с лицевой стороны резиновой пленкой, иногда пропитываемая раствором каучука.), усовершенствована сушилка ткани при машине и многое другое [8].
По технике крашения и по отделке ткани, выпускаемые русскими текстильными фабриками, выгодно отличались от заграничных товаров. Вследствие этого они пользовались значительной славой на мировом рынке, неоднократно отмечались на международных выставках почетными дипломами и медалями. Огромной и заслуженной известностью пользовались за рубежом, главным образом в Западной Европе, русские ткани ализаринового крашения. Особо ценились ткани, выпускаемые Карабановской фабрикой. Они были отмечены почетными дипломами и медалями на международных выставках в 1862 г. в Лондоне, в 1867, 1878 и 1889 гг. - в Париже. На Карабановской фабрике в 1861 г. была установлена первая в нашей стране печатная машина, а через несколько лет их насчитывалось уже десять. Карабановские колористы начали печатание первыми и удержали свое первенство по качеству и художественности набивных тканей [8].
Особенно много для прогресса техники крашения тканей на Карабановской фабрике сделал долгое время работавший на ней химик-колорист В. М. Тряпкин. Он впервые в 1892 г. применил щелочной способ набивных ситцев по ализариновому крашению, завоевавший мировую известность. Этот способ подробно изложен в книге В. М. Тряпкина "Травление турецкой красной щелочным методом", изданной в 1899 г. на французском языке в Париже. Книга написана по материалам фабрик Владимирской и Московской губерний.
Труд В. М. Тряпкина начинается с общего обзора применения нового щелочного способа вытравки набивных ситцев. Автор пишет, что "травление турецкой красной при помощи каустической соды было произведено в первый раз по способу Шлипера, который позволяет получить на красной белые и синие расцветки". "Но, - подчеркивает автор, - способ Шлипера при травлении турецкой красной другими цветами не может быть применен на производстве в больших масштабах и не заменяет классического способа травления при помощи обесцвечивающей ванны". Далее указывается, что поисками способов травления занимались многие химики-колористы и что лучшим из них оказался щелочной способ, применяемый на русских фабриках. "Этот способ, - утверждает В. М. Тряпкин, - придает краскам, употребляемым при расцвечивании турецкой красной, прочность и яркость, не достижимую при употреблении обесцвечивающей ванны, а поэтому с успехом заменяет ее. В русском производстве, которое специально выделывает турецкую красную, новый метод, известный под названием "щелочной метод", используется уже в течение 6-7 лет в очень больших размерах". Далее автор детально описывает этот метод, подробно рассказывает о вытравной бели, приготовлении вытравной краски на базе натриевого станита, приготовлении белой вытравной с помощью натриевого цинка, щелочной белой вытравной с натриевым цинкатом, о краске для печати, розовой вытравной, синей вытравной, зеленой вытравной щелочной, о черной краске в соединениях с щелочными вытравными, дает общие указания о приготовлении и употреблении щелочных вытравных красок [10].
Набивные ткани ализаринового крашения, выработанные по этому способу на русских фабриках, были прочны и ярки. Подобного эффекта не могли добиться ни на одной фабрике в Западной Европе и Америке. Конечно, французские фабриканты всячески пытались перенять способы окраски и набивки тканей, применявшиеся на русских фабриках. Поэтому в Париже и вышла книга русского химика-колориста, предназначенная для ознакомления французских специалистов со способами окраски и набивки, с успехом применявшимися в России.
По качеству тканей Карабановская фабрика не была единственной в русской текстильной промышленности. От нее не отставали Трехгорная мануфактура, ряд иваново-вознесенских фабрик и др.
Самым экономичным, а потому и наиболее распространенным является метод партионного (штучного) крашения, т.е. крашения ткани в кусках, после того как она уже выработана. Имеются разные варианты метода. Иногда ткань проводят через ванну с красителем, скрутив ее в виде жгута, а иногда она проходит в полную ширину сначала через чан с красителем, а затем через отжимные валки.