מבוא
גם כיום הכותנה היא אחד מחומרי הגלם העיקריים של תעשיית הטקסטיל. תצרוכת הכותנה עלתה מ- 15.6 מיליון טונות ב-1980 ל-19.6 מיליון טונות ב-1997 (איור 1), ולמרות שחלקה היחסי בתצרוכת הכללית של סיבים בתעשיית הטקסטיל ירד באותה תקופה מ-48.2% ל-42.6%, היא ממשיכה להוות חומר הגלם הדומיננטי בייצור מוצרי הלבשה, בעיקר הלבשה תחתונה (איור 2).
כשני שלישים מהכותנה מיועדים לחוטים העשויים רק מכותנה וכשליש לחוטי תערובת עם סיבים סינתטיים, בעיקר עם סיבי פוליאסטר.
שתי התכונות העיקריות, המקנות לכותנה עדיפות לעומת הסיבים הסינתטיים, הן:
א. ספיגת לחות גבוהה, המעניקה נוחות רבה יותר למוצרי ההלבשה שמכינים ממנה;
ב. תלת-ממדיות של הסיב, המקנה לחוטים, ובכך גם לבדים, נפח וכושר נשימה (איור 3).
בארץ מגדלים כותנות אקלה ופימה, כאשר כותנת האקלה מהווה את רוב הגידול. כותנת האקלה נמצאת, לפי תכונותיה, בקבוצה הגדולה ביותר של הכותנות בעולם, והיא מיועדת לייצור חוטים גרודים וסרוקים, עדינים יחסית. כותנת הפימה נמצאת בקבוצת הכותנות ארוכות הסיב. לעומת כותנת האקלה, הפימה ארוכה יותר, חזקה יותר ובמקצת עדינה יותר. היא מיועדת ברובה לחוטים עדינים, המורכבים מכ-75 סיבים בחתך החוט ומתחת לזה.
איכות הכותנה היא הקובעת העיקרית את איכות החוטים, ומכאן החשיבות הרבה להערכה נכונה של תכונות הסיבים. הכותנה, כגידול שדה, אינה אחידה בתכונותיה, ולכן חשוב שדיגום הסיבים יהיה מספיק ייצוגי לגבי המסה הנבדקת. לפיכך, מן הראוי שהדוגמה המגיעה לבדיקות האיכות תהיה גם בלחות תיקנית: כותנה יבשה מדי או לחה מדי יכולה לעוות את תוצאות הבדיקות, ובעיקר את ערך חוזק הסיבים. חשובים גם תקינות המיכשור הבודק וביצוע מדויק של הבדיקות. בכל מקרה רצוי להבטיח מידת אמינות מספקת של תוצאות הבדיקות.
איכות הכותנה נקבעת במכון למיון כותנה לפי מספר תכונות סיבים, הנבדקות במכשור מיוחד. בעונה, מגיעות מדי יום למכון המיון דוגמאות כותנה מכל כריכה שבמנפטות. הדוגמאות מסודרות וממוינות לבדיקות.
תכונות הסיבים נבדקות בשתי יחידות מכשור:
א. מערכת מיון ממוחשבת;
ב. מכשיר חדש לבדיקת זיהומים שונים בכותנה.
תכונות הסיבים, הנבדקות בשתי יחידות המכשור, הן:
במערכת המיון הממוחשבת
במכשיר לבדיקת זיהומים
בכותנה
1. אורך סיבים, אחידות
האורך ואחוז הסיבים
הקצרים;
2. חוזק סיבים
והתארכותם בקריעה;
3. עדינות סיבים;
4. צבע הכותנה.
1. דביקות סיבים;
2. תכולת פגמים:
נפים (גבביות);
שברי גרעינים;
חלקיקי פסולת.
הערכת תכולת הפסולת בכותנה וגם קביעת דרגת הטיב הכללית נעשות על-ידי הממיינים. דרגת הטיב כוללת את צבע הכותנה, תכולת הפסולת ומצב הסיבים בדוגמא.
פירוט התכונות הנבדקות במכשירי מערכת המיון הממוחשבת (מ.מ.מ.)
אורך וחוזק הסיבים
שתי התכונות החשובות ביותר, אורך הסיבים וחוזק הסיבים, נבדקות במכשיר אחד. מכינים את הכותנה לבדיקת אורך וחוזק במדגם סיבים מיוחד. במדגם, מסדרים בתפסנית אלומת סיבים קטנה, בצורת זקנקן, על-ידי משיכה אקראית של הסיבים מהדוגמא הכללית (איור 4).
אורך הסיבים
זקנקן הסיבים מורכב מכמה מאות סיבים ותפוס חזק בבסיסו בתפסנית. התפסנית עם הסיבים מוכנסת לפיברוגרף (איור 5). הזקנקן עובר הברשה ליישור הסיבים ונכנס הלאה לתא המדידה, שם נקבעת כמות הסיבים ושם נמדדים אורך המטווה והתפלגות האורך. המדידה היא אופטית, כלומר נמדדת מידת חדירת האור דרך זקנקן הסיבים בחתכים קבועים לאורכו. המכשיר מתרגם את מידת חדירת האור לערך כמותי של הסיבים. אורך הסיבים הממוצע באינטשים של החצי העליון נקבע כאורך מטווה (ls), כלומר, האורך הממוצע של מחצית מהסיבים היותר ארוכים בדוגמא. לקביעת התפלגות האורך ולחישוב האורך הממוצע של כלל הסיבים משתמשים בערכים הכמותיים שנמדדו אופטית לאורך הזקנקן, ולפי זה מחושב האורך הממוצע המשוקלל (lm). לפי שני אורכים אלה, המטווה והממוצע מחושבים במכשיר אינדקס אחידות האורך (UI),כיחס שבין האורך הממוצע לבין אורך המטווה Ul=Lm/Ls
נקבע גם אחוז הסיבים הקצרים (באורך מתחת ל1/2- אינטש). עקומת התפלגות אורך הסיבים בדוגמא הנבדקת מובאת באיור 6.
יש לציין, שהזקנקן אינו מייצג את ההתפלגות הממשית של הסיבים לפי האורך, כיוון שבמדגם הם לא נתפסו בתפסנית בקצוותיהם, אלא באקראי לאורכם. לפי ההתפלגות האקראית מוערכים במכשיר האורכים התכליתיים, החשובים לטווייה.
ערך האורך השיווקי הוא אורך המטווה המבוטא בשיווק כדרגת האורך (מסומנת מספרית לפי קוד). ההפרש בין דרגת אורך אחת לאחרת הוא 1/32 אינטש (כ- 0.8 מ"מ). ההפרש קטן מאוד וההערכה דורשת דיוק רב. לפני הופעת הפיברוגרף, היו מבצעים הממיינים את הערכת אורך המטווה במשיכה ידנית, בדיוק מספיק טוב.
חשיבות אורך המטווה היא בכך שקבוצת סיבים זאת מהווה את ליבת החוט וקובעת במידה רבה את חוזק החוט. גם אחידות האורך ואחוז הסיבים הקצרים חשובים לא פחות.
חוזק הסיבים
בדיקת החוזק נעשית לאחר בדיקת האורך, באותו מכשיר ובאותו זקנקן סיבים. שני זוגות תפסניות תופסות את הסיבים בערך באמצע, עם מרווח של 1/8 אינטש ביניהן. זוג תפסניות אחורי מושך את הסיבים בקצב אחיד, עד להיקרעם (איור 7).
חוזק הסיבים מובא בגרם לטקס. יחידת "טקס" מבטאת יחידת משקל ליחידת אורך:
1 TEX = 1 Gr/1000M.
התארכות הסיבים עד לקריעתם מובאת באחוזים.
עקומת עיוות אלומת הסיבים מובאת באיור 8.
עדינות הסיבים
עדינות הסיבים נמדדת במכשיר מיוחד (איור 9), המורכב מכלי צילינדרי נבוב, שלתוכו מכניסים צרור סיבים במשקל 10-9 גרמים. הסיבים מתמקמים בצילינדר הנבוב בצורת פקק. דרך פקק הסיבים מוזרם אוויר תחת לחץ מסוים. מספר הסיבים בפקק משתנה ביחס לעדינות הסיבים. בהזרמת אוויר דרך סיבים עבים, כמות האוויר העוברת דרך הפקק ביחידת זמן הינה גדולה יותר מאשר דרך סיבים עדינים. סיבים לא בשלים או סיבים מתים, בהיותם דקים ושטוחים, גורמים לעיכוב נוסף בזרימת האוויר דרך הפקק, וכמות האוויר העוברת במקרה זה ביחידת זמן הינה קטנה יותר.
כמות האוויר העוברת דרך פקק הסיבים מתורגמת במכשיר לערך העדינות במיקרוגרמים לאורך אינטש אחד של סיב ממוצע בדוגמא.
עדינות הסיבים נמצאת במתאם מספיק גבוה עם ערך בשלות הסיבים ומהווה אינדיקציה טובה להערכת בשלות הכותנה. סיבים לא בשלים הם בדרך כלל בעדינות נמוכה, כלומר, מתחת למקובל באותו זן כותנה.
צבע הכותנה
צבע הכותנה נמדד בקולורימטר (איור 10) לפי שני פרמטרים: מידת הלובן ומידת הצוהב. על-פי שני ערכים אלה נקבעת דרגת טיב הכותנה לפי הצבע.
בעזרת שני הפרמטרים הללו אפשר לקבוע בדיאגרמה את דרגת הטיב לפי הצבע. המכשיר קובע זאת בעזרת התוכנה, ועל הצג מופיעה דרגת הטיב במספר, לפי הקוד שנקבע. רוב הכותנה בישראל נמצאת בדרגת טיבM (MIDDLING); לפי הדירוג הבינלאומי קיימות שתי דרגות מעליה וארבע דרגות מתחתיה. בין כל שתי דרגות קיימת חצי דרגה, המסומנת לפי הדרגה הנמוכה עם סימן +.
התוצאות של כל בדיקה במכשור המערכת מופיעות על הצגים ומועברות לתדפיס.
דירוג טיב הכותנה לפי הניקיון נקבע על-ידי הממיינים. הם גם שקובעים את דירוג הטיב הכללי, הכולל: ניקיון, צבע ומצב הסיבים בדוגמא.
בדיקת זיהומים בכותנה
דביקות הסיבים נבדקת במכשיר FCT קיימות בעיות קשות באיכות הכותנה, הפוגעות בכושר הטווייה ובאיכות החוטים, שעד לפני זמן לא רב לא ניתן היה לבדוק אותן בתהליך השוטף, והן:
א. דביקות סיבים שנגרמת על-ידי טל הדבש, המופרש על הסיבים בשדה על-ידי עש הטבק (איור 11).
ב. תכולת נפים (גבביות), שברי גרעינים וחלקיקי פסולת, הנוצרים בעיקר בתהליך ניפוט הכותן (גם אם הסיבות להיווצרותם כרוכות לפעמים בטיפול בכותן לפני הניפוט).
דביקות הסיבים במכשיר FCT
מכשיר זה הוא פרי פיתוח מקורי ישראלי (איור 12). פעולת המכשיר מתבטאת בניפוץ של 3.5 גרמים כותנה עם ייצור קורית דקה של סיבים, המאפשרת להעריך את מידת דביקות הסיבים באמצעות ספירה אלקטרו-אופטית של מספר הנקודות הדביקות העוברות בלחיצה מהקורית לגליל.
תכולת נפים (גבביות)
נפים הם תסבוכות קטנות של סיבים, המורכבות בעיקר מסיבים לא בשלים או לפחות מגרעין של סיבים לא בשלים, שסחבו עליהם גם סיבים בשלים או חלקיקי צמחייה. נפים נוצרים בעיקר בניפוט (איור 13).
נוכחות נפים נבדקת באותו מכשיר ובאותה קורית, בהם נבדקת הדביקות. מספר הנפים, תוך מיונם לפי הגודל, נקבע באותה שיטה, באמצעות צילום הקורית עם אבחנה של הנפים בצילום.
העובדה שהנפים מורכבים בעיקר מסיבים לא בשלים גורמת נזק רב למוצרי טקסטיל. סיבים לא בשלים אינם קולטים די צבע, ובבדים, העשויים מחוטים עם תכולה גדולה של נפים, בולטות אחרי הצביעה נקודות בהירות.
תכולת הסיבים - שברי גרעינים וחלקיקי פסולת
תכולת פגמים אלה נבדקת באותו תהליך כמו הנפים. שבר גרעין הוא רסיס של קליפת גרעין עם סיבים צמודים או חלקיק של גרעין שלא התפתח (איור 14). בגלל השוני במראהו, קשה להבחין בו במכשיר המבוסס על הערכה אלקטרו-אופטית. מחד הוא נראה שחרחר או כהה, כמו חלקיק פסולת צמחית, ומאידך, בגלל הסיבים הצמודים לו, הוא יכול להיחשב לפעמים כנפ סיבי.
בגלל הסיבים הצמודים, קשה לסלק את שבר הגרעין בתהליכי ניקוי הכותנה במנפטה וגם במטווייה. ברוב המקרים הוא מתפצל בעיבודים אלה לרסיסים קטנים, וכך הוא מגיע עד לחוט.
ניתן לסלק את רוב חלקיקי הפסולת, בעיקר בקארדים במטווייה, אך קשה לסלק פסולת צמחית טחונה בצורת "פלפל".
כל הפגמים הנבדקים במכשיר FCT מחושבים לגרם כותנה וממוינים לפי הגודל. תוצאות הבדיקות מופיעות על הצג ומועברות לתדפיס.
לחות הכותנה בבדיקות
קיימת בעייה של לחות הסיבים בדוגמאות המגיעות לבדיקות. הלחות התקנית של כותנה לטווייה היא 0.5%±8%. כדי להבטיח לחות כותנה צריכים תנאי האקלים באולם המיון להיות: לחות אוויר יחסית 2% ± 65% וטמפרטורה 2 מ"צ ± 20 מ"צ. רצוי שהדוגמאות יימצאו בתנאים אלה לפחות במשך יממה אחת. חלק ניכר של הכותנה מגיע מהניפוט בלחות נמוכה בכ5%- עד 5.5%, והיא אינה מגיעה בתנאי האקלום המובאים ללחות הרצויה בניפוט, שהיא 7%-6.5%.
קיימים כיום מתקני הרטבה לדוגמאות לפני הכנסתן לבדיקות במכשור. בכל מקרה, חשוב שבניפוט לא יופעל חימום יתר של הכותנה המייבש במידה רבה מדי את הסיבים והגורם לעיוות תוצאות הבדיקות וגם לירידה בערך חוזק הכותנה, שפוגע בערך הטווייתי של הכותנה.
סיכום התכונות הנבדקות
כמובא לעיל, סדרת תכונות נבדקות בכותנה כאשר לכל אחת מהן יש חשיבות רבה לתהליך עיבודה בטווייה ולאיכות החוטים. מן הראוי להדגיש, שאי-אחידות התכונות בכותנה גדולה מאוד, ומכאן קיים ערך רב לתנאים הבאים:
א. דיגום מייצג של החומר לבדיקה;
ב. לחות רצויה של הכותנה;
ג. מצב תקין של המכשור;
ד. ביצוע מדויק של הבדיקות.
בבדיקת זני כותנה חדשים או בשיפור זנים קיימים, רצוי להגדיל את מספר הבדיקות המבוצעות, כדי להגיע לאמינות טובה יותר בהערכת איכותם.
הטווייה, תכונות החוטים והשפעת גורם הכותנה
בתהליך הטווייה מייצרים מסיבי הכותנה, הדחוסים בכריכות, חוטים עדינים בעלי אחידות וחוזק גבוהים.
מה הוא חוט כותנה? חוט כותנה הוא פתיל דקיק שזור, המורכב מסיבי כותנה. ללא שיזור החוט אינו קיים. בגלל המתח המופעל בטווייה, הסיבים בשזירה מהגרים מפני הפתיל לפנים הפתיל ובחזרה (איור 15). חוט אידיאלי הוא זה שבכל חתך בו ניתן למצוא מספר סיבים זהה, התפלגות הסיבים לפי העדינות זהה, וגם מספר הפיתולים בכל יחידת אורך זהה. חוט כזה לא קיים במציאות, אך הטווייה, בחיפושה אחרי איכות, שואפת להתקרב אליו.
טכנולוגית הטווייה מורכבת ממספר רב יחסית של מעברי עיבוד. הטווייה נחשבת לענף המורכב ביותר בתעשיית הטקסטיל.
קיימות כמה שיטות לטוויית חוטי כותנה. השיטות הדומיננטיות ביותר הן:
הטווייה המסורתית במכונות טבעות;
הטווייה ברוטורים, הנקראת גם טווייה בקצה הפתוח (OPEN-END).
בשיטת הטווייה במכונות טבעות נכללים שני תהליכי טווייה:
1. ייצור חוטים גרודים - תהליך רגיל;
2. ייצור חוטים סרוקים - תהליך הכולל, בנוסף לתהליך ייצור חוטים גרודים, סריקת אגדי הסיבים מהקארדים במסרקה.
קיימות גם שיטות טווייה נוספות:
טווייה בסילון אוויר (שיטה יפנית);
טווייה בחיכוך.
שתי שיטות טווייה אלה חדרו לעת עתה רק במידה מועטה למטוויות, ולפיכך לא נרחיב לגביהן.
לכל שיטת טווייה יש סדר עדיפות שונה לגבי תכונות הכותנה העיקריות:
טווייה בטבעות טווייה ברוטורים
1. אורך ואחידות האורך 1. חוזק
2. חוזק 2. עדינות
3. עדינות 3. אורך ואחידות האורך
4. ניקיון הכותנה
הטווייה במכונת הטבעות מתבצעת במתח חוט יחסית גדול, המסייע להגירת הסיבים ולהידוקם בחוט. לפיכך יש בשיטה זו חשיבות רבה לאורך, ועוד יותר מכך להתפלגות האורך. בעקבות המתח הנוצר, הסיב בטווייה מהגר מפני הפתיל לפנים הפתיל וחוזר חלילה. סיב ארוך מהגר יותר לאורך החוט, ובכך מעלה את חוזק החוט. סיב קצר, ועוד יותר מכך סיב באורך של עד 1/2 אינטש, כמעט שאינו מהגר בחוט ואז במשיכת החוט הוא מחליק ואינו תורם לחוזק החוט. החוזק ועדינות הסיבים חשובים גם הם, אבל לעומת האורך הם משניים.
בטווייה ברוטורים המתח קטן יחסית, והחוט המתקבל נפחי יותר, לא הדוק, ולפיכך חוזק החוט הוא רק כ- 70%-65% מחוזק חוט הטבעות. העמידות לקריעה בחוט זה תלויה יותר בחוזק הסיבים מאשר בחיכוך הפנים-חוטי שמקנים הסיבים הארוכים. עדינות הסיבים בחוטים אלה חשובה יותר מאשר האורך והתפלגות האורך. בשיטת טווייה זאת חשוב ניקיון הכותנה. ברוטור, בו מתגבש הפתיל ההופך לחוט, נוצר כח צנטריפוגלי ענקי כאשר הרוטור מסתובב מעל 100 אלף סיבובים לדקה. אז חלקיקי הפסולת, בהיותם כבדים יותר, מתרכזים על דופנות הרוטור ומשבשים את תהליך הטווייה.
תהליך הטווייה
הטווייה היא פעולה רב שלבית. השלב הראשון הוא שלב ההכנה לטווייה, שלב שהוא אחיד לגבי כל שיטות הטווייה.
למחלקת ההכנה שלוש משימות:
א. ערבוב הכותנה;
ב. פתיחת גושי הכותנה לגושים קטנים ופתוחים יותר;
ג. ניקוי הכותנה מחומר זר, שהוא בעיקר פסולת צמחית, ובמידה פחותה יותר אבק מינרלי.
עובדה ידועה היא שמידת השונות של תכונות הכותנה גדולה בתוך כל כריכה ובודאי בין כריכה לכריכה. ערבוב כותנה ממספר גדול של כריכות יכול להקטין את אי-האחידות ולאזן את התכונות.
בתערובת הכותנה חשוב למנוע פיזור גדול של אורך הסיבים ועוד יותר של עדינות הסיבים. רצוי לתכנן את התערובת בהפרש של עד דרגה אחת באורך הסיבים בין הכריכות, כלומר, בהפרש אורך של 1/32 אינטש.
התפלגות העדינות בין הכריכות הינה בעיתית יותר. רצוי ש- 85% מכריכות הכותנה יהיו בתחום שוני העדינות של 0.4 מיקרונר (מיקרוגרמים/אינטש) וחשוב שהן תהיינה בתחום הכותנה הבשלה. גודל התערובת המקובל הוא 24 עד 36 כריכות.
ערבוב הכותנה מתבצע במכונת האיסוף, על-ידי נגיסה של כמות קטנה מכל כריכה במחזוריות, עד גמר הכותנה שבכריכות (איור 16). בנוסף, הערבוב מתבצע במערבל (איור 17), המורכב משישה תאים שאליהם נשפכת הכותנה אחרי מכונת הפתיחה הראשונה. מכל תא יורדת באופן שוטף כמות קטנה של כותנה על משטח. משטח הכותנה, הנאסף מששת התאים, עובר למכונת הפתיחה-ניקוי הבאה.
שתי הפעולות - פתיחה וניקוי - נעשות במכונות מיוחדות ביחד. עקרון הפעולה הוא טיפול בגושי סיבים על-ידי גלילים בעלי ציפוי משורי, המסתובבים במהירויות גדולות מאוד. הציפוי במכונה הראשונה, הנמצאת בין מכונת האיסוף לבין המערבל, הוא גס ופועל להורדת הפסולת הגסה ולפתיחת הגושים הגדולים יחסית. במכונות הבאות לאחר המערבל הציפוי עדין יותר, במיוחד במכונה האחרונה, לפני העברת החומר לקארד. יש קווים בהם לאחר המערבל מוקם מתקן לספיגת אבק מהכותנה.
קיימים כיום, בדרך כלל, 5-4 מעברי עיבוד במחלקה. התפוקה בציוד חדיש היא כ- 600-500 ק"ג/שעה.
השינויים בתכונות הכותנה לאחר עיבודה במחלקת ההכנה
במחלקת ההכנה החומר הזר מתנקה בכותנה ב- 60% עד 65%. כלומר, כאשר תכולת החומר הזר בכותנה הוא 2.5%, נשאר בסוף ההכנה כ- 1%.
בניקויים יורדים גם סיבים רגילים, המהווים 50%-40% מכלל החומר היורד. מספר הנפים גדל במחלקת ההכנה עד לכ50%-, בעיקר מספר הנפים הסיביים. במעברי הפתיחה-ניקוי מתקצצים במידת-מה גם הסיבים. אין נתונים מדויקים על שינויים באורך הסיבים. משקל גוש הכותנה בכניסה לקארד הוא 2-1 גרמים.
כבר בשלב ההכנה ניתן להבחין בין כותנה מתנקה ובין כותנה שלא מתנקה, וכן ניתן להבחין גם במצב הסיבים בגושי הכותנה ובנוכחות "צמות" וסיבוכים אחרים.
הקארד
הקארד (איור 18) הוא לב הטווייה. הפעולות העיקריות של הקארד הן:
א. ניפוץ הכותנה, כלומר קבלת הכותנה ממחלקת ההכנה בצורת גושי סיבים קטנים, פירוק הגושים עד לסיבים בודדים ויצירת קורית סיבים אחידה הנאספת לאגד. אגד זה הוא כבר האבטיפוס של החוט.
ב. קארד במצב תקין מנקה את הכותנה ביעילות יוצאת מהכלל ומוריד עד 90% מהפסולת הנכנסת. כאשר מגיעה לקארד ממחלקת ההכנה כותנה עם תכולת פסולת 1%, היא יכולה לצאת מהקארד עם 0.1% פסולת.
ג. הקארד מוריד בין 80% ל- 90% מהנפים הסיביים. יש לזכור, שבכותנה המגיעה לקארד יש בכ-50% יותר נפים מאשר בכריכות, ולאחר פעולות הקארד נשארים בכותנה רק 30%-20% מהנפים שהיו בכריכות. שברי גרעינים יורדים באחוז קטן יותר, וחלק מהם מתפצל לקטנים יותר ונותר בקורית היוצאת מהקארד.
ד. הקארד קורע במידת-מה סיבים וגם מוריד סיבים קצרים. במצב תקין הוא אינו מגדיל את אחוז הסיבים הקצרים, אבל גם אינו מקטין את תכולתם.
ניפוץ הכותנה מתבצע בין שני משטחים משוריים. משטח אחד מהווה תוף בקוטר 130 ס"מ ומצופה בציפוי משורי בצפיפות של כ- 800 שיניים/אינטש רבוע. התוף מסתובב במהירות גדולה מאוד של כ- 400 סיבובים/דקה. המשטח השני הוא סטטי (לפעמים כמעט סטטי), והוא מורכב מקבוצת מברשות משוריות, ששיניהן נמצאות בכיוון הפוך לשיני המשור שעל התוף. בין שני משורים אלה מתבצע ניפוץ הסיבים. מהירות התוף וצפיפות שיני המשור מבטיחים כי בתפוקה המומלצת יהיה כל סיב נתון לטיפול של לפחות שן אחת ממשור התוף. אגד הסיבים, היוצא לאחר איסוף הקורית, נמצא בבקרת עובי רצופה, ולפי התנודות בעובי אגד הסיבים היוצא מתווסתת אוטומטית ההזנה לקארד. משקל אגד סיבים הוא בדרך כלל 5-4 גר/מ' או 5-4 אלפי טקס.
אין מכונה בתעשיית הטקסטיל שכה גדלה בתפוקתה ב- 40 השנים האחרונות כמו הקארד. מ- 4.0-2.5 ק"ג לשעה ל- 50 ק"ג ויותר לשעה. עקרון פעולת הניפוץ לא השתנה, אבל שונו צפיפות הציפוי המשורי ומהירות התוף, הוקמו אבזרי עזר, שופרה ספיגת הפסולת, והוכנס מווסת אוטומטי של עובי הקורית. גם החומר מההכנה מגיע בגושים קטנים יותר ופתוחים יותר.
ציופים
בייצור חוטים גרודים, עובר אגד הסיבים מהקארד לשני מעברי ציוף (איור 19). מטרת הציוף היא יישור והקבלת הסיבים, תוך שיפור האחידות באמצעות הזנת מספר אגדי סיבים מהקארדים, עם משיכה מספר פעמים, וייצור אגד אחד.
הסיבים היוצאים מהקארד אינם די מיושרים וגם אינם מקבילים. הם נמצאים בארבעה מצבים עיקריים (איור 20):
א. פחות או יותר מיושרים לאורכם – מהווים כ- 20%;
ב. בעלי ווית (HOOK) קדמית, לפי כיוון יציאת הקורית מהקארד – מהווים כ- 15%;
ג. בעלי ווית אחורית, לפי כיוון יציאת הקורית מהקארד – מהווים כ- 50%;
ד. בעלי וויות בשני הקצוות של הסיב – מהווים כ- 15%;
הציוף מתבטא במשיכת אגדי הסיבים מהקארדים ב- 6 עד 9 פעמים, על-פי-רוב ב- 8 פעמים. בדרך כלל מזינים את מכונת הציוף ב- 8 אגדי סיבים מהקארדים.
הציוף מתבצע במנגנון משיכה המורכב משלושת זוגות גלילים. בכל זוג גליל אחד עליון וגליל שני תחתון, ואגדי הסיבים עוברים ביניהם. המשיכה נעשית בשני אזורים: בין זוג הגלילים האחורי לבין האמצעי ובין הזוג האמצעי לבין הקדמי. באיזור האחורי המשיכה קטנה. באיזור זה מביאים את הסיבים למצב של התארגנות לקראת המשיכה הגדולה הקדמית. כלל המשיכה שווה ברוב המקרים למספר האגדים המוזנים. כלומר, האגד היוצא מגיע לאותו משקל של אגד סיבים בודד הנכנס לציוף.
לקביעת המרווחים בשני האזורים חשוב אורך הסיבים. בכל מקרה, גודל המרווח לא יהיה מתחת לאורך המקסימלי של הסיבים, כדי שלא ייקרעו סיבים במשיכה. בדרך כלל המרווח האחורי הוא הגדול יותר, כדי שתהיה לסיבים אפשרות להתפזר בהתאם לחיכוך הפנימי, המרווח הקדמי סגור, כדי להבטיח בקרה טובה על הסיבים במשיכה, ובכך גם אחידות אגד טובה.
שני מעברי הציוף דרושים ליישור הוויות, בראשון מתיישרות הקדמיות, לפי היציאה מהקארד, ובשני - האחוריות. מכונות הציוף מצוידות במנגנון בקרת עובי האגד היוצא עם ויסות ההזנה לציוף.
הציוף הוא התהליך האחרון בטווייה בו מבוצעות פעולות ערבוב הכותנה יחד עם יישור הסיבים והקבלתם.
מבחינת הכותנה, מתבטאת בציוף תכולת הסיבים הקצרים. סיבים אלה כלל אינם מבוקרים במשיכות, אלא נסחבים יחד עם הסיבים הארוכים על-ידי החיכוך הבין-סיבי. כאשר הסיבים הקצרים רבים, הם לא באים במספיק מגע עם הסיבים הארוכים ומתרכזים לגושי סיבים לא מבוקרים, וכך הם מופיעים כהתעבויות בחוטים.
מזירה
לאחר הציופים ולפני הטווייה במכונת הטבעות קיים מעבר עיבוד נוסף הנקרא מזירה. מהציוף השני יוצא אגד סיבים בשיעור של כ- 4,000 טקס (4 גרם/מ'). אם צריך לטוות חוט בשיעור 20 טקס (30 Ne), דרושה משיכה של 200 פעם.
קיימות כיום מכונות טבעות עם מנגנוני משיכה ל- 200 פעם ויותר, אבל הן בעיתיות מבחינת השירות, ולא נרחיב לגביהן. מקובל גם פתרון אחר, שהוא הטווייה ברוטורים, אבל טווייה זו מוגבלת לחוטים גסים עד בינוניים וגם ירודה בחוזק החוטים.
הטווייה בטבעות היא השיטה האוניברסלית. גודל המשיכה במכונת טבעות מוגבל ל- 70-60 פעם, ומכאן דרושה קדם-טווייה ליצירת מזיר, שהוא 8-6 פעמים דק יותר מאגד הציוף, כלומר בשיעור של 750-550 טקס (0.75-0.55 גרם/מ'). המזיר הוא בעל פיתול קטן מאוד, כ- 1.2-1 פיתולים לאינטש, כיוון שפיתול גדול יקשה על המשיכה במכונת הטבעות, ולהיפך, פיתול קטן מדי עלול לגרום להתפוררות המזיר.
פעולת הפיתול במוזרות מתבצעת על-ידי כנף, המסתובבת סביב האריזה הנמצאת במרכז. הפתיל היוצא ממנגנון המשיכה נכנס לכנף, המקנה לו בכל סיבוב פיתול אחד. כך נוצר המזיר, הנאסף בקצב אחיד לאריזה צילינדרית הממוקמת על פלך.
מבחינת הכותנה, כל היתרונות והחסרונות, כגון ריכוזי סיבים קצרים, נפים סיביים שנכחו בכותנה בפעולות הקודמות, מופיעים גם במזירים. כאן חשובה תקינות תהליך העיבוד ובחירת הפרמטרים הנכונים בפעולה, כגון עובי המזיר, גודל הפיתול ועוד.
הטווייה בטבעות
הטווייה בטבעות התקדמה מאוד בשנים האחרונות. מהירות הפלך הגיעה ל- 18-16 אלף סיבובים לדקה, וכתוצאה מכך מהירות הרץ על הטבעת מגיעה ליותר מ- 40 מטר לשנייה.
המזיר, המגיע למכונת הטבעות באריזה צילינדרית, מוזן למנגנון המשיכה המורכב, כמו בציופים, משני אזורי משיכה (שלושה זוגות גלילים). במכונות החדישות מנגנון משיכת המזיר יציב מאוד, הוא אינו מאפשר החלקת סיבים בין הגלילים, והמשיכה לאורך המזיר אחידה. אין גם פיזור-יתר לרוחב ביציאה מתחת לזוג הגלילים הקדמי, ומכאן משולש הטווייה צר יותר. הדבר מבטיח פחות קריעות וגם פחות שעירות של החוט.
התפלגות המשיכה היא משיכה קטנה באיזור האחורי ומשיכה גדולה באיזור הקדמי, מרווח גדול בין הגלילים אחורה ומרווח סגור קדימה. למשל, אם משקל המזיר 600 מ"ג/מ' ומשקל החוט 20 מ"ג/מטר (חוט בשיעור 30Ne), אז המשיכה הדרושה יכולה להתפלג ל- 1.5 פעם אחורה ול- 20 פעם קדימה, עם מירווח קדימה של 46-42 מ"מ לכותנה באורך 1/8 1 אינטש.
כתוצאה מהמהירות הגדולה (סיבובי הפלך הגדולים), המזיר בטווייה מתוח, והחוט מתקבל הדוק ולפיכך גם חזק יותר.
המזיר, היוצא ממנגנון המשיכה, עובר לרץ המסתובב על הטבעת (איור 21). הרץ מחובר על-ידי החוט הנוצר לסליל החוטים התקוע על פלך במרכז הטבעת. הסליל המסתובב מושך ומסובב את הרץ על הטבעת, וכל סיבוב סליל הוא גם סיבוב אחד של הרץ על הטבעת. בזה מקנה הרץ פיתול אחד לפתיל המגיע ממנגנון המשיכה.
מספר הפיתולים אינו זהה במאה אחוזים למספר סיבובי הפלך, כיוון שעם התקדמות המזיר היוצא מהמשיכה נחלש מעט מתח החוט, ואז אוסף הסליל קטע חוט זעיר מאוד. פעולה זאת מתבצעת ברציפות ולא ניתן לקלוט אותה בעין, שעה שבאותה עת הרץ מתעכב להרף-עין. היקף התפוקה תלוי במהירות הפלך ובגודל הפיתול ליחידת אורך חוט.
במכונות הטבעות החדישות יש מנגנון משיכה עמיד ויציב יותר, אין החלקות סיבים במשיכות, וניתן להסתמך על דיוק בגודל המשיכות בשני האזורים. גם הפלכים יציבים יותר, וכמעט שאין תופעות של אי-צנטריות של הפלכים.
למכונה צמודה מכונת סלילה. הסלילים המלאים ממכונת הטבעות מורדים מכנית מהפלכים ומועברים למכונות הסלילה (איור 22) על-ידי מנגנון אוטומטי מתוחכם. בסלילה ניתן לקבל את מידע על איכות החוטים ואפילו מספר סידורי של פלך פגום. מכונת סלילה עכשווית גוזרת את הקטעים הפגומים בחוטים, לפי הסטייה בעובי ובאורך הפגם.
המטווייה היא שקובעת את ערכי הסטיות הראויים לגזירה, לפי הדרישות לאיכות החוטים מצד מפעלי האריגה והסריגה ובהתחשב באיכות החוטים בסלילים מהטבעות. לאחר הגזירה יש מתקן מיוחד המחבר את הקצוות בשיטת איחוי (Splicing). שיטה זאת עדיפה בהרבה על קשרים רגילים. עובי נקודת האיחוי לא יעלה על 60% מעובי החוט.
ייצור חוטים סרוקים
מטרת הסריקה של הכותנה, לאחר הניפוץ בקארד, היא להוריד את הסיבים הקצרים מהכותנה ולסלק, במידה רבה, נפים, שברי גרעינים וחלקיקי פסולת.
תהליך טוויית חוטים סרוקים כולל, נוסף לתהליך טוויית חוטים גרודים, את סריקת אגדי הסיבים מהקארדים (איור 23).
המטווייה בוחרת בדרך כלל כותנה איכותית לייצור חוטים סרוקים. כותנת האקלה שמגדלים בישראל באה בחשבון בחלקה הגדול לשימוש בטוויית חוטים סרוקים. הסריקה מורכבת מהכנת גוויל סיבים לסריקה ומהסריקה במסרקה. ההכנה לסריקה נעשית באמצעות שתי פעולות רצופות:
א. הכנת גוויל סיבים במכונת ציוף, באמצעות הזנה של 24 אגדי סיבים מהקארדים עם משיכה של 1.6 פעמים, היוצרת משטח סיבים במשקל כ- 60 גרם/מ', שנאסף לגוויל;
ב. ייצור משטח סיבים אחיד יותר, באמצעות הזנה של 6 גווילים למכונת ציוף מיוחדת, עם משיכה של 6 פעמים ואיסוף המשטח לגוויל המועבר למסרקה.
באופן זה, בהכנת החומר לסריקה מתבצעת משיכה של 9.6 פעמים (6X1.6), המיישרת במידת-מה את הסיבים וגם מערבבת אותם. המשטח הוא בדרך כלל במשקל אחיד.
הסריקה היא פעולה מחזורית. במחזור יחיד מוזן קטע של המשטח, נוצר מעין זנב של סיבים, שאליו יורד מסרק לסריקת הסיבים הקצרים והזיהומים. אורך הקטע הנסרק לא צריך להיות מעל ½ אינטש, ובכל מקרה לא מעל האורך הממוצע של הסיבים.
בכותנה שלנו נסרקים כיום לנפולת כ- 20% מהסיבים משקלית. כיוון שהסיבים אינם די מיושרים לאורך הגוויל, נסרקים יחד עם הסיבים הקצרים גם סיבים ארוכים יותר. הסיבים הנסרקים ביחד עם הזיהומים נספגים מהמכונה. משתמשים בסיבים אלה בתערובות לייצור חוטים גסים או בתעשיית הצמר גפן.
הטווייה בשיטת הרוטורים
לאחר כ- 150 שנות "שלטון יחיד" של הטווייה במכונות הטבעות, פותחה שיטת טווייה חדשה: הטווייה בקצה הפתוח (open end) או הטווייה ברוטורים. כיום, כרבע מהחוטים, ביניהם רוב החוטים הגסים, נטווים ברוטורים (איור 24).
מכונת הרוטורים הראשונה, שפותחה בצ'כוסלובקיה, הוצגה בשנת 1967. כיום מופיע כבר הדור הרביעי של מכונות אלה.
לייצור החוט ברוטור משתמשים באגד סיבים מהציוף השני, וכך מדלגים על השלב הבעיתי של המזירה (יש המסתפקים במעבר ציוף יחיד). האגד המוזן למכונה נכנס לגליל פתיחה זעיר, בעל ציפוי משורי עדין, המסתובב במהירות של כ- 8,000 סיבובים לדקה. לצורך גיבוש החוט, מוזרמים לתוך הרוטור מגליל הפתיחה סיבים בודדים בקצב אחיד, קצב הזנת הסיבים הוא בהתאם לקצב ייצור החוט. הסיבים מתמקמים על דופן הרוטור, המסתובב במהירות עצומה. במכונות החדישות כ100- אלף סיבובים לדקה ואף יותר. הסיבים שעל הדופן מתחברים לקצה פתוח של חוט ומתפתלים יחד איתו בקצב סיבובי הרוטור. כל סיבוב של הרוטור מקנה פיתול אחד לחוט. החוט עובר הלאה למוביל בצורת משפך, הנמצא בנקודה מרכזית מעל הרוטור, ומשם דרך אמצעי בקרת החוט והציפוי בפרפין (לחוטי סריגה) הוא מגיע לאריזה.
בשיטה זאת לא ניתן להגיע למתח הדרוש לפתיל בעת גיבוש החוט, והדבר גורם ליישור מועט של הסיבים בחוט.לפיכך החוט נפחי יותר, אך גם חלש יותר בכ- 30% ויותר לעומת חוטי הטבעות, וזאת כאשר הפיתול המקובל בטווייה זאת הינו גדול יותר בכ- 12% לעומת הפיתול בחוטי הטבעות. מהירות הטווייה עולה בערך פי חמש ויותר על מהירות הטווייה בטבעות.
כאמור, בטווייה זאת מדלגים על המזירה, שהיא אחת הפעולות הבעיתיות בטווייה.
בשיטה זאת קשה לטוות חוטים עדינים. החוט העדין ביותר שטווים ברוטורים הוא 30 Ne. החוטים הגסים, עד 24 Ne, נטווים כיום ברובם במכונות הרוטורים.
כאמור, סדר העדיפויות לתכונות הכותנה מעט שונה בטווייה ברוטורים מאשר בטווייה בטבעות. לטווייה ברוטורים חשוב יותר חוזק הסיבים מאשר האורך, כיוון שאין די הגירת סיבים ואין די הידוק סיבים בחוט.
יש חשיבות רבה מאוד גם לניקיון החומר הנכנס. חלקיקי פסולת ושברי גרעינים מתמקמים, בגלל הכוח הצנטריפוגלי הגדול, על דופנות הרוטור וגורמים להפרעות בטווייה.
יש לציין, שנפים, שברי גרעינים וחלקיקי פסולת בולטים בחוטים אלה פחות, כיוון שהחוט נפחי יותר ולפיכך מסתיר פגמים קטנים.
תכונות החוטים והשפעת גורם הכותנה
תכונות החוטים נקבעות על-ידי תכונות הכותנה ותהליך העיבוד במטווייה. קשה לפעמים לקבוע בדיוק את גודל התרומה או להיפך, את מידת הנזק, שתרם כל אחד משני גורמים אלה בכל תכונת חוט.
חוזק החוט והשפעת תכונות הכותנה על החוזק
אחת התכונות החשובות ביותר היא חוזק החוט. חוזק החוטים נבדק במכשיר דינמומטרי, העובד על עיקרון של קצב עיוות אחיד עם מהירות משיכה גדולה מאוד, כשנייה אחת עד לקריעת החוט (איור 25). קצב העיוות ניתן לשינוי. עלייה בקצב העיוות מגדילה את ערך החוזק ומקטינה את ההתארכות. המכשיר מספק את הערכים הבאים:
חוזק החוט בגרם/טקס ומקדם שונות החוזק באחוזים (ניתן לקבל גם את עקומת עיוות החוט);
התארכות החוט בקריעה באחוזים, ומקדם שונות ההתארכות באחוזים;
ערך האנרגיה בקריעת החוט בגרם/ס"מ.
חשיבות חוזק הכותנה עלתה במיוחד בשנים האחרונות. הדבר נובע בעיקר מהדרישות הטכנולוגיות, התפוקות הגדולות מאוד בעיבוד הכותנה בטווייה ובעיבוד החוטים באריגה ובסריגה דורשות סיבים חזקים מאוד.
מבחינת הטווייה תלוי חוזק החוט בראש וראשונה בגודל פיתול החוט. גודל הפיתול מוגבל מבחינת הדרישות למוצר הטקסטילי וגם מבחינת הפגיעה ביעילות הטווייה. פיתול-יתר מגדיל לא רק את קשיחות החוט אלא גם מבליט נפים, חלקיקי פסולת ושברי גרעינים.
חוזק הכותנה מתבטא באופן ישיר בחוזק החוט. חשוב להגיע בחוט לניצולת אופטימלית של חוזק הכותנה. הדבר תלוי בשני גורמים: כלל תכונות הכותנה ותקינות התהליך במטווייה. אלה וגם אלה משפיעים על ניצולת החוזק. ניצולת חוזק מקובלת בחוטים גרודים היא כ54%- מחוזק הסיבים ובחוטים סרוקים 64%-62%. בין התכונות האחרות, המשפיעות על ניצולת החוזק, גם התפלגות אורך הסיבים, שכן כאמור לעיל, סיבים קצרים מחליקים בחוט ואינם תורמים לחוזקו.
הניצולת בחוטים סרוקים גדולה יותר, כיוון שבסריקה מורידים את רוב הסיבים הקצרים.
גם עדינות הסיבים משפיעה במידת-מה על חוזק החוט. סיבים עדינים בבשלות טובה מגדילים את מספר הסיבים בחוט נתון, וכך מסייעים לחיכוך פנים-חוטי גדול יותר וגם להתפלגות סיבים אחידה יותר בחוט, ומכאן גם ליותר חוזק ואחידות של החוט.
מן הראוי לציין, שתכולה גדולה של סיבים לא בשלים, בעיקר סיבים מתים, פוגעת קשות בחוזק החוט. סיבים אלה חלשים יותר וגם בעלי מבנה שטוח ופחות מעוקל. בחוט הם מחליקים מבלי לתרום לחוזקו.
אי-אחידות עובי החוט ופגמים בכותנה
אי-אחידות בעובי החוט ופגמים בחוטים פוגעים בעיקר במראה הבד. בנוסף לכך הם פוגעים גם בחוזק החוט ובשונות החוזק. אי-אחידות החוטים ונוכחות פגמים בחוטים נבדקים במכשיר הנקרא "אוסטר טסטר", העובד על עיקרון של מדידת התנודות בקיבולת החשמל של חוט רץ (איור 26). המכשיר בודק:
א. שונות עובי החוט לפי כל ס"מ לאורכו;
ב. מספר פגמים ל1000- מ' חוט (בחוטי טבעות ובחוטי רוטורים), כולל:
מספר מקומות דקים לפי 50% - מתחת לעובי הממוצע;
מספר מקומות דקים לפי 50% + מעל לעובי הממוצע;
מספר נפים בחוטי טבעת הוא לפי 200% + מעל העובי הממוצע, ובחוטי רוטורים הוא לפי 280% + מעל העובי הממוצע.
אי אחידות עובי החוט, כולל מספר המקומות העבים והדקים, נובעת במידה רבה מאי-תקינות תהליך העיבוד במטווייה, אבל גם כאן יש השפעה רבה לאיכות הכותנה. תכולה גדולה של סיבים קצרים גורמת להתפלגות לא אחידה של סיבים אלה לאורך החוט. במשיכות הרבות של הסיבים בציופים, במוזרות ובטבעות הסיבים הארוכים לא מסוגלים לסחוב איתם את הסיבים הקצרים כאשר מספרם רב. החיכוך הבין-סיבי במקרים אלה אינו מספיק, והסיבים הקצרים מתרכזים בקטעים מסוימים לגושים.
מלבד המכשיר הבודק את אחידות החוט ואת מספר הפגמים ל- 1,000 מ', קיים המכשיר "קלסימט", הבודק מקומות עבים ודקים בכמות גדולה של חוטים והמדרג אותם לארבע דרגות התעבות ולארבע דרגות אורך ההתעבויות, ולפי שתי דרגות עובי ואורך את המקומות הדקים. באופן כזה מתקבלת תמונה כוללת של פגמי המקומות העבים והדקים בחוטים, ובעיקר רואים את התפלגותם לפי חשיבותם לפעולות האריגה והסריגה ולפי מידת פגיעתם במראה הבדים.
אפשר לקבל במכשיר זה שני ערכים קבוצתיים:
א. המספר של כלל הפגמים;
ב. מספר הפגמים הניכרים, המסוגלים לפגוע בייצור הבדים ובמראה שלהם.
בעיית הנפיות
עיקר הבעיה של הנפיות מתגלה בצביעת הבדים (איור 27). כיוון שהנפים מורכבים מרוב של סיבים לא בשלים, הם בולטים כנקודות בהירות בבדים וגורמים נזק רב לאיכותם. שברי הגרעינים, לאחר שהתפצלו בקארד לרסיסים קטנים, מגיעים עד לחוט, ובחוטים עדינים הם בולטים כנקודות אפורות או שחורות. את רוב רובם של חלקיקי הפסולת מסלקים מהכותנה כבר במחלקת ההכנה, ולאחר מכן בקארד.
רק במקרים של כותנה שאינה נוטה להתנקות קיימת בעיה של נוכחות חלקיקי פסולת בולטים עד לחוט ועד לבד.
סיכום
ההתפתחויות הטכנולוגיות בטוויית חוטים ובייצור בדים והדרישות הקשות לאיכות הבדים, ולפיכך לאיכות החוטים, מעלות באופן מתמיד את הדרישות לאיכות הכותנה. דרישות האיכות מתבטאות בעיקר בתכונות: חוזק סיבים, אחידות אורך הסיבים ומידת נוכחותם של זיהומים בכותנה, כגון דביקות סיבים, תכולת נפים ושברי גרעינים.
כותנת האקלה שמגדלים בישראל מיועדת ברובה לחוטים סרוקים ויחסית עדינים. הדרישות לחוטים אלה הם:
חוזק מינימלי של 17 גרם/טקס;
התארכות בקריעה מעל 5.5%;
מספר מינימלי של מקומות עבים, דקים ונפים;
העדר דביקות סיבים וזיהומים בכל סוג של חומר זר.
להשגת ערכי תכונות אלה בחוטים דרושות התכונות הבאות של סיבי הכותנה:
זני כותנה בעלי חוזק סיבים 30 גרם/טקס ומעלה במקום הקיים - 28 גרם/טקס;
אחידות אורך סיבים טובה, ובעיקר תכולה קטנה יותר של סיבים קצרים;
הורדה עקבית של הנפיות ושל שברי הגרעינים.
הגורמים העיקריים הפוגמים בסיבים:
תנאי שדה;
מועד הקטיף - משך הזמן בו הסיבים חשופים לפגעי טבע, ותנאי הקטיף - לחות הסיבים, גשם ופגיעות אחרות;
עבודת הקטפת: תקינות הקטפת, מהירות הקטיף ועוד;
תנאי הניפוט, בעיקר מידת ייבוש הכותן, מספר מנקי הסיבים ועוד.
גורמים אלה וגורמים נוספים אחרים, שאינם ידועים לנו, משפיע