Garenproductie: Van Oude Draden tot Moderne Innovatie

Wat is garen?

Garen ontstaat door meerdere draadjes vezels samen te vlijten. Elk draadje bestaat zelf uit kortere vezels die tot langere filamenten gesponnen zijn. Lange, continue draadjes kunnen simpelweg verder gevlecht worden of door texturering verwerkt om hun eigenschappen te veranderen.

De hoeveelheid vlijt die tijdens het spinnen wordt toegepast, bepaalt het karakter van het garen: een hoge vlijt levert sterkte op; een matige vlijt biedt zachtheid en glans; een extreme vlijt produceert krepgaren. Garen worden ook geclassificeerd op basis van hun constructie – enkelgaren, vlechtgaren (twee of meer enkelgaren samengevlecht), en koordgaren (twee of meer vlechtgaren samengevlecht).

In 1995 produceerde de Verenigde Staten bijna 8 miljard pond (3,6 miljard kg) gesponnen garen, waarvan 40% uit Noord-Carolina kwam. Meer dan de helft was katoen, met getextureerde, gekruld of opgebulkte garen die ongeveer de helft van de totale productie uitmaakten. Getextureerde garen vergroten in volume door fysieke, chemische of warmtebehandelingen; gekrulde garen gebruiken thermoplastische vezels met een vervormde vorm; opgebulkte garen worden gemaakt van van nature bulkachtige vezels die niet dicht kunnen worden gepakt.

Garen is essentieel voor textielfabricage, wat weven, breien en viltten voedt. In 1995 produceerde de VS 4 miljard pond (1,8 miljard kg) weefgaren, 3 miljard pond (1,4 miljard kg) machinebreigaren en 1 miljard pond (450 miljoen kg) tapijt- en matgaren. De textielsector werkt meer dan 600.000 werknemers, verbruikt jaarlijks ongeveer 16 miljard pond (7 miljard kg) molenvezel en genereerde $2,1 miljard winst in 1996. Export vertegenwoordigt meer dan 11% van de verkoop – naderend $7 miljard – terwijl de kledingindustrie nog een miljoen banen toevoegt.

Geschiedenis

Natuurlijke vezels zoals katoen, vlas, zijde en wol zijn al eeuwenlang de basis van vroege textielproductie. De oudste bekende garen- en stoffragmenten – bundels vlasvezel en linnen in linnenbinding – dateren van ongeveer 7.000 jaar geleden en werden bij Robenhausen, Zwitserland, gevonden.

Katoenteelt en textielgebruik strekken zich minstens 7.000 jaar. Bewijs van katoenstoffen verschijnt in Egypte al 12.000 v.Chr., en vergelijkbare vondsten in Mexico (3.500 v.Chr.), India (3.000 v.Chr.), Peru (2.500 v.Chr.) en het zuidwesten van de VS (500 v.Chr.). Katoen kreeg pas commercieel gewicht in Europa na de kolonisatie van de Nieuwe Wereld. Zijde, een specialiteit van China vanaf 2.600 v.Chr., bleef grotendeels beperkt tot de 6e eeuw toen het Byzantijnse Rijk zeepbelteelt begon.

Synthetische vezels duiken veel later op: rayon, afgeleid van katoen- of houtvezels, werd in 1891 ontwikkeld en in 1911 commercieel geproduceerd; nylon volgde, dan diverse polyesters, wat de wereldwijde vraag naar natuurlijke vezels verminderde en toepassingen uitbreidde.

Voor de 14e eeuw werd garen met de hand gesponnen op een spil en whorl – een getapte stok met een gewicht om rotatie te handhaven. De vezels werden getrokken uit een gekaard bundel vastgemaakt aan een spil. In de 12e-13e eeuw verscheen het spinnrad in India (500–1000 n.Chr.) en later in Europa, met een handaangedreven wiel, een vlieger om de draad te vlijten, en een klos die het garen opwoold. Het Saksische wiel, ongeveer 150 jaar later geïntroduceerd, gebruikte een voetpedaal, wat beide handen vrijmaakte voor vezelwerk.

De 18e eeuw bracht mechanisatie-doorbraken: John Kay's vliegende spoel (1733), Richard Arkwright's spinnende jenny (1766) en Samuel Crompton's muilmachine (1776). In 1828 vond John Thorp de ringframe, nog steeds wijd gebruikt, met honderden spindels in een metalen ring. Het open-eind systeem spinnt nu veel natuurlijke vezels, ze door lucht in een snel roterende bekker trekkend voor extrusie.

Rauwmaterialen

Garen wordt geproduceerd uit ongeveer 15 vezeltypen, gegroepeerd in natuurlijke en synthetische. Natuurlijke vezels – verkregen van planten of dieren – domineren in weven. Katoen, geoogst uit rijpe zaadpokken, blijft de bestverkochte vezel in Amerika, alle synthetische vezels samen overtreffend. Plantvezels zoals acetaat (houtpulp of katoenlinters) en linnen (vlas) worden ook gebruikt. Diervezels omvatten wol (schapen), mohair (Angorageiten) en zijde, die door zijderups in continue draadjes wordt geëxtrudeerd.

Synthetische vezels worden gecreëerd door een polymere oplossing door spineret-düsen te extruderen en het filament chemisch te verharden. Voorbeelden zijn acryl, nylon, polyester, polyolefine, rayon, spandex en triacetaat. Veel synthetische vezels nabootsen natuurlijke vezelseigenschappen terwijl ze krimpen vermijden, en andere bieden gespecialiseerde functies – spandex kan meer dan 500% rekken zonder te breken.

Vezels arriveren in ballen, handmatig of per machine geopend. De picker scheidt en reinigt de vezels, waarna kaarden ze in een licht parallel web uitlijnen. Een trechtervormig apparaat transformeert dit web in een touwachtige draad. Rollen reken de draad – nu een sliver genoemd – uit tot een uniforme draad die een lichte vlijt ontvangt en in grote emmers wordt gevoerd.

Het productieproces

Drie primaire spinnmethodes bestaan: katoen, worsted (langstapel), en wol. Synthetische stapelvezels kunnen met elk van deze gesponnen worden. Omdat de katoenmethode het grootste volume oplevert, wordt deze hier gedetailleerd beschreven.

Vezels voorbereiden

• Vezels worden in ballen aangeleverd en handmatig of per machine geopend. Natuurlijke vezels kunnen reiniging vereisen; synthetische vezels hebben alleen scheiding nodig. De picker lost, scheidt en reinigt de vezels. Het mengen van verschillende stapelvezels kan nodig zijn voor specifieke toepassingen, uitgevoerd tijdens lapvorming, kaarden of trekken. Hoeveelheden worden zorgvuldig gemeten om consistente verhoudingen te behouden.

Kaarden

• De kaardmachine, uitgerust met fijne draden, scheidt vezels en lijnt ze in een los, parallel web. Het web passeert een trechtervormig apparaat om een touwachtige draad te vormen. Mengen kan plaatsvinden door lapjes van verschillende vezels te verbinden.

Kammen

• Voor een gladder, fijner garen ondergaan vezels verdere parallelleling. Een kam-achtig apparaat rangschikt vezels parallel, waardoor korte vezels uit de draad vallen.

Uittrekken

• Na kaarden of kammen is de vezelmassa een sliver. Verschillende slivers kunnen voor deze stap gecombineerd worden. Rollen met variërende snelheden reken de sliver uit tot een uniformere draad, met een kleine vlijt erbij, voordat deze in grote emmers wordt gevoerd. Gekaarde slivers worden twee keer getrokken na kaarden; gekamde slivers één keer voor kammen en twee keer na kammen.

Vlijten

• De sliver gaat een roving-frame in, waar draadjes verder worden uitgerekt en gevlecht, wat roving oplevert.

Spinnen

• Commerciële garenproductie gebruikt voornamelijk ringsspinnen en open-eind spinnen. Bij ringsspinnen wordt roving door rollen gevoerd, uitgerekt, en door een oogje en traveler geleid. De traveler beweegt om een stationaire ring met 4.000–12.000 toer/min terwijl de spindel de klos draait, wat het garen in één operatie vlijt en opwoolt. Open-eind spinnen slaat de rovingstap over: een sliver wordt door een luchtstroom in een spinner gevoerd, geleverd aan een rotatieklopper die vezels in een dunne straal scheidt, die door lucht in de V-vormige groef van de rotor wordt gedragen. Vlijt ontstaat door de rotatie van de rotor, en nieuwe vezels stromen continu binnen terwijl het afgeronde garen aan het einde van de groef uitkomt.

Kwaliteitscontrole

Automatisering stroomlijnt kwaliteitsborging: elektronische systemen monitoren temperaturen, snelheden, vlijten en efficiëntie. De American Society for Testing and Materials (ASTM) biedt gestandaardiseerde methoden voor het meten van eigenschappen zoals trekracht, bulk en krimp.

De toekomst

Spinsystemen zullen steeds meer geautomatiseerd en geïntegreerd raken, met kaarden en trekken samengevoegd in enkele eenheden. Productiesnelheden zullen stijgen naarmate machines meer spindels accommoderen, en robot-gecontroleerde apparatuur zal alomtegenwoordig worden.

Inheemse producenten krijgen harde concurrentie van Aziatische fabrikanten die de nieuwste technologie verwerven. Ruwstoffenkosten – potentieel tot 73% van de totale garenproductiekosten – blijven een uitdaging. VS-producenten zullen waarschijnlijk allianties met klanten en hun klanten versterken, terwijl industriële samenwerkingen zoals het American Textile Partnership – een gezamenlijk onderzoeksprogramma tussen industrie, overheid en academie – de concurrentiekracht ten doel hebben.

Milieuregels zullen strenger worden, wat de industrie dwingt recycling en preventie van vervuiling te adopteren. Het ontwikkelen van garen uit restmaterialen, inclusief denim, is al gaande. Apparatenfabrikanten zullen blijven innoveren om aan lucht- en waterkwaliteitsstandaarden te voldoen.

Genetische engineering belooft vezels met unieke eigenschappen. Onderzoekers hebben katoenplanten gecreëerd met vezels die warmte effectiever behouden, met kleine hoeveelheden van het natuurlijke plastic polyhydroxybutyraat geïntegreerd. Toekomstige vezels kunnen superieure kleurbinding en stabiliteit vertonen.

Nieuwe synthetische vezels die de beste kwaliteiten van twee polymeren combineren, zijn in ontwikkeling. Sommen zullen voortkomen uit chemische processen; anderen kunnen biologisch geproduceerd worden met gist, bacteriën of schimmels.