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繊維製造業、または繊維工学は主要産業です。これは主に繊維を糸に、そして糸を布に加工することに基づいています。その後、染色またはプリントされ、布に加工され、衣類、家庭用品、室内装飾品、さまざまな工業製品などの有用な製品に加工されます。[ 1 ]
糸の製造には様々な種類の繊維が使用されます。綿は依然として最も広く使用されている一般的な天然繊維であり、繊維産業で使用される天然繊維全体の90%を占めています。人々は、快適さだけでなく、様々な天候に対応できることから、綿の衣類やアクセサリーをよく着用します。紡績や生地成形の段階では様々な工程があり、仕上げや染色工程の複雑さも相まって、幅広い製品が生産されています。
現代の繊維製造は、工芸産業が発展した形態である。18世紀から19世紀までは、繊維産業は家内工業であった。18世紀から19世紀にかけて機械化され、20世紀以降は科学技術によって発展を続けている。[ 2 ]特に、インド、エジプト、中国、サハラ以南のアフリカ、ユーラシア、南アメリカ、北アフリカ、東アフリカの古代文明では、いずれも何らかの形の繊維生産が行われていた。繊維製造に関する最初の書籍は、ジョン・マーフィーの『織物の技法に関する論考』であると考えられている。[ 3 ]
綿は世界で最も重要な天然繊維です。2007年には、 50カ国以上で栽培された3500万ヘクタールから2500万トンの世界生産量がありました。[ 4 ]
綿織物の製造には6つの段階があります: [ 5 ]
綿花は、日照量が多く湿度が低い、長く暑く乾燥した夏のある地域で栽培されます。インド綿（Gossypium arboreum）は繊維が細いですが、手作業での加工にしか適していません。アメリカ綿（Gossypium hirsutum）は、機械化された繊維生産に必要なより長い繊維を生産します。[ 6 ]植え付け時期は9月から11月中旬で、収穫は3月から6月の間に行われます。綿花は、ストリッパーハーベスターとスピンドルピッカーによって収穫され、植物から綿花全体を取り除きます。綿花は綿花の種子鞘で、数千個の種子のそれぞれに 長さ約2.5cmの繊維が付いています。[ 7 ]綿花の生産量は、実際に綿花を生産するために必要な労働者数よりも多くなっています。2013年には、ミシシッピ州の綿花農家であるBower Flowersが、その年だけで約13,000ベールの綿花を生産しました。この量の綿花で最大940万枚のTシャツを生産できる。[ 8 ]
綿実綿は綿繰り機に送られます。綿繰り機は種子を分離し、繊維から「ゴミ」（土、茎、葉）を取り除きます。鋸式綿繰り機では、円形鋸が繊維をつかみ、種子が通過できないほど狭い格子を通して引き抜きます。ローラー式綿繰り機は、繊維の長い綿に使用されます。ここでは、革製のローラーが綿をつかみます。ローラーの近くに設置されたナイフの刃が、円形鋸の歯と回転ブラシを通して種子を引き抜き、種子を取り除きます。[ 9 ]綿繰りされた綿繊維はリントと呼ばれ、高さ約1.5m、重さ約220kgのベールに圧縮されます 。作物のわずか33%だけが使用可能なリントです。商業用綿は品質に応じて等級分けされ、価格が付けられます。品質は、繊維の平均長と植物の品種に大きく関係しています。長繊維綿（2½インチから1¼インチ）はエジプト綿、中繊維綿（1¼インチから¾インチ）はアメリカンアップランド綿、短繊維綿（¾インチ未満）はインディアン綿と呼ばれます。[ 10 ]綿の種子は食用油に圧搾されます。殻と粕は動物飼料に加工され、茎は紙になります。
綿繰り、梱包、輸送は原産国で行われます。
綿は500ポンドの大きなベールで製粉所に出荷されます。ベールから取り出された綿はすべて一緒に梱包されており、まだ植物性物質が含まれています。ベールは、オープナーと呼ばれる大きなスパイクの付いた機械を使用して開封されます。綿をふっくらさせ、植物性物質を取り除くために、綿はピッカーまたは同様の機械に通されます。ピッカーでは、綿はビーターバーで叩かれてほぐされます。次に、植物性物質を取り除くために、さまざまなローラーに通されます。ファンの助けを借りて、綿はスクリーンに集められ、さらにローラーに通され、ラップと呼ばれる連続した柔らかいフリース状のシートとして出てきます。[ 10 ] [ 11 ]
綿花から種子やその他の不純物を取り除く工程を、綿花洗浄といいます。最初の綿花洗浄機は1797年に発明されましたが、本格的に普及したのは1808年か1809年以降、イギリスのマンチェスターで導入・使用されるようになってからです。1816年までには広く普及しました。綿花洗浄機は、綿花を一対のローラーに通し、ビーターバーまたはビーターと呼ばれる鉄または鋼の棒で叩くことで機能します。高速回転するビーターが綿花を強く叩き、種子を叩き落とします。この工程は、種子が下に落ちるように、一連の平行な棒の上で行われます。同時に、棒に空気が吹き付けられ、綿花は綿花室へと運ばれます。
カーディング工程では、繊維が分離され、緩い束（スライバーまたはトウ）にまとめられます。綿は摘み取り機からラップ状に取り出され、カーディング機に運ばれます。カーダーは繊維をきれいに並べ、紡績しやすくします。カーディング機は主に1つの大きなローラーと、それを囲む小さなローラーで構成されています。すべてのローラーには小さな歯が付いており、綿が前進するにつれて歯は細かく（つまり間隔が狭く）なります。綿はスライバー、つまり繊維の大きなロープの形でカーディング機から出てきます。[ 12 ]より広い意味では、カーディングは次の4つの工程を指すことがあります。
梳毛は必須ではないが、短い繊維を取り除き、より丈夫な糸を作るために用いられる。[ 13 ]
複数のスライバーが組み合わされます。各スライバーには細い部分と太い部分があり、複数のスライバーを組み合わせることで、より均一なサイズにすることができます。複数のスライバーを組み合わせると非常に太い綿繊維のロープができるため、スライバーはロービングに分けられます。一般的に、機械加工の場合、ロービングは鉛筆の太さ程度です。これらのロービング（またはスラブ）が紡績工程で使用されます。[ 14 ]
今日、紡績のほとんどは、ブレーク紡績またはオープンエンド紡績を使用して行われています。これは、繊維を空気で回転ドラムに吹き込み、そこで繊維が、チャンバーから継続的に引き出される成形糸の末端に付着する技術です。ブレーク紡績の他の方法では、針と静電気力を使用します。[ 15 ]この方法は、リング紡績やミュール紡績といった古い方法に取って代わりました。また、人工繊維にも容易に適用できます。
紡績機は粗糸を受け取り、それを細くして撚り、糸を作り、それをボビンに巻き取ります。[ 16 ]
ミュール紡績では、粗糸がボビンから引き出され、複数の異なる速度で送られるローラーに通されます。これにより、粗糸は一定の速度で細くなります。粗糸のサイズが一定でない場合、この工程で糸が切れたり、機械が詰まったりする可能性があります。キャリッジが移動する際に、糸はボビンの紡績によって撚られ、スピンドルと呼ばれる円筒に巻き取られ、キャリッジが戻る際に「コップ」と呼ばれる円錐形の繊維束が生成されます。ミュール紡績は、リング紡績よりも細い糸を生成します。[ 17 ]
ミュール紡績機は、フレームが5フィート（約1.5メートル）進んで戻るという断続的な工程で、1779年のクロンプトン社の装置を改良したものである。この装置で紡績された糸は、より柔らかく、撚りが少なく、上質な織物や緯糸に好まれた。
このリング紡績機は、1769年のアークライト式水紡機の子孫にあたる。連続紡績方式で、糸はより太く、撚りが強く、強度も高かったため、経糸として適していた。リング紡績は、糸がリングを一周する距離が長いため、時間がかかる。
縫い糸は、複数の糸を撚り合わせたり、二重にしたりして作られていた。
これは、各ボビンを巻き直して、よりしっかりと巻かれたボビンにする工程です。
撚り合わせは、2つ以上のボビンから糸を引き出し、紡績された方向とは逆の方向に撚り合わせることによって行われます。必要な重量に応じて、綿糸を撚り合わせる場合と撚り合わせない場合があり、撚り合わせる糸の本数も異なります。[ 18 ]
ガス処理とは、糸をガス処理機内のブンゼンガス炎に非常に速く通して、突き出た繊維を焼き切り、糸を丸く滑らかで光沢のある状態にする工程です。ガス処理されるのは、ボイル、ポプリン、ベネチアン、ギャバジン、エジプト綿などに使用されるような、より良質な糸だけです。ガス処理すると、糸の重量は約5～8%減少します。ガス処理後の糸は色が濃くなりますが、焦げてはいけません。[ 19 ]
織物工程では織機を使用します。縦方向の糸は経糸、横方向の糸は緯糸と呼ばれます。丈夫でなければならない経糸は、経糸ビームに張って織機にセットする必要があります。緯糸は、ピルンに糸を巻き付けたシャトルで織機を横切ります。これらのピルンは織機によって自動的に交換されます。したがって、織り始める前に、糸をビームとピルンに巻き付ける必要があります。[ 23 ]
紡績と撚り合わせを終えた綿糸は、整経室に運ばれ、そこで巻き取り機が必要な長さの糸を取り出し、整経機のボビンに巻き取る。
ボビンラックは、織機の経糸ビームに糸を巻き付ける間、糸を保持するために設置されます。糸は細いため、必要な本数の糸を得るために、これらのボビンラックを3つ組み合わせることがよくあります。[ 24 ]
糸の切れを防ぐため、糊付け機を使って縦糸に糊を塗布して強度を高める必要がある。
図面に示された順序で、経糸の両端をそれぞれ筬の溝と綜絖の穴に通していく工程。
糸巻き機を使って、糸の塊から横糸をシャトルに収まるサイズの糸巻きに巻き取った。
この段階で糸が織り上げられます。時代によって、1人が3台から100台の機械を操作できました。19世紀半ばには、4台が標準でした。1925年の熟練した織り手は、6台のランカシャー織機を操作することができました。時代が進むにつれて、何か問題が発生するといつでも織機を停止させる新しい機構が追加されました。これらの機構は、経糸や緯糸の断線、シャトルがまっすぐ横切ること、シャトルが空かどうかなどをチェックしました。熟練した作業員1人が、これらのノースロップ織機または自動織機を40台操作することができました。[ 25 ]
織機の主な動作は、開口、吸取、打ち込みの3つである。
ランカシャー織機は最初の半自動織機でした。ジャカード織機とドビー織機は、高度な開口方法を備えた織機です。これらは独立した織機である場合もあれば、平織機に追加された機構である場合もあります。ノースロップ織機は完全自動で、1909年から1960年代半ばまで大量生産されました。現代の織機はより高速で動作し、シャトルを使用しません。エアジェット織機、ウォータージェット織機、ラピア織機などがあります。
緯糸と緯糸: 緯糸は横糸を指し、経糸は縦糸を指します。布の粗さは、 1/4インチ四方または1インチ四方あたりの緯糸と緯糸の数で表すことができます。緯糸は常に先に書きます。例:厚手の家庭用織物は、10番から14番の縦糸と横糸、約48本の経糸と52本の緯糸などの粗い糸で作られています。[ 27 ]
家庭に手織り機があった頃は、子供たちは幼い頃から織物を手伝っていました。糸を繋ぎ合わせる作業には器用さが求められ、子供でも大人と同じくらい生産的に働くことができました。織物が家庭から工場に移ると、子供たちはしばしば姉の手伝いを許されるようになり、児童労働が定着するのを防ぐための法律が必要となりました。綿花生産の労働条件は、長時間労働、低賃金、危険な機械など、過酷なものが多かったのです。特に子供たちは、身体的虐待を受けやすく、不衛生な環境での労働を強いられることも少なくありませんでした。また、手織り機で働く子供たちは極度の貧困に陥り、教育を受ける機会に恵まれないことが多かったことも特筆すべき点です。
機械編みには、経編みと緯編みの 2 つの方法があります。緯編み (写真参照) は、ステッチがすべて水平方向に連結されている点で手編みと似た方法です。さまざまな緯編み機は、機械シリンダー (針がセットされている部分) のサイズに応じて、 1 つの糸巻きまたは複数の糸巻きから織物を製造するように構成できます。経編みでは、多数の糸片があり、綿糸を交差させることで縦方向の鎖がジグザグに繋がっています。
経編みは緯編みほど伸びませんが、伝線しにくいです。緯編みは伝線しにくいわけではありませんが、より伸びます。これは特に、エラスタン糸を別々のスプール容器から取り出し、綿糸と一緒にシリンダーに織り込む場合に当てはまります。これにより、完成品の柔軟性が高まり、「だぶだぶ」の外観になるのを防ぎます。平均的なTシャツは緯編みです。[ 28 ]
仕上げとは、繊維製造の1つの段階を完了させる、物理的および化学的なプロセス/処理の幅広い範囲であり、次の段階の準備として行われることもあります。仕上げは製品に付加価値を与え、最終使用者にとってより魅力的で、有用で、機能的なものにします。[ 29 ]織機から出たばかりの綿布には、経糸のサイズなどの不純物が含まれているだけでなく、その潜在能力を最大限に引き出し、価値を高めるために、さらなる処理も必要です。[ 30 ] [ 31 ]
使用されたサイズに応じて、布を希酸に浸してからすすぐか、酵素を使用してサイズを分解することができます。[ 32 ]
精練は、綿布から天然ワックスや非繊維性不純物（種子の破片の残骸など）や残っている可能性のある汚れや埃を取り除くために行われる化学洗浄工程です。精練は通常、キアと呼ばれる鉄製の容器で行われます。布はアルカリ溶液で煮沸され、遊離脂肪酸を含む石鹸が生成されます。キアは通常密閉されているため、水酸化ナトリウム溶液を加圧下で煮沸し、繊維中のセルロースを劣化させる酸素を排除することができます。適切な試薬を使用すれば、精練によって布から糊も除去されますが、糊抜きは精練の前に行われることが多く、別の工程とみなされます。準備と精練は、他のほとんどの仕上げ工程の前提条件です。この段階では、最も自然な白色の綿繊維でさえ黄色みを帯びており、漂白が必要です。[ 32 ]
漂白は、綿に残っている天然の色素や不純物を取り除くことで白さを向上させます。漂白の程度は、生地に求められる白さと吸水性のレベルによって決まります。綿は植物繊維であるため、希釈した次亜塩素酸ナトリウムや希釈した過酸化水素などの酸化剤を使用して漂白されます。生地を濃い色に染める場合は、低いレベルの漂白でも問題ありません。しかし、白い寝具や医療用途では、最高レベルの白さと吸水性が不可欠です。[ 33 ]
もう一つの可能性はマーセル化処理で、この処理では生地を苛性ソーダ溶液で処理して繊維を膨潤させます。これにより、光沢、強度、染色性が向上します。綿は張力をかけながらマーセル化処理されるため、張力を解放する前にすべてのアルカリを洗い流さなければ、縮みが生じます。[ 34 ]
綿織物には、難燃性、防シワ性などの特性を持たせるために、他にも多くの化学処理を施すことができますが、最も重要な非化学的な仕上げ処理は次の4つです。
毛焼きは、生地の表面の繊維を焼き切って滑らかにする工程です。生地はブラシの上を通されて繊維が立ち上がり、その後、ガス炎で加熱されたプレートの上を通ります。
起毛工程では、生地の表面を鋭い歯で処理して表面の繊維を持ち上げ、フランネルのように、ふんわりとした柔らかさと暖かさを与える。
カレンダー加工とは、生地を加熱されたローラーの間を通すことで、滑らかで光沢のある、あるいはエンボス加工のような効果を生み出す工程である。
サンフォライズ加工とは、洗濯時の生地の縮みを軽減するための機械的な防縮加工の一種です。
染色は一般的に、規定の手順に従って布地（または糸）を水性染料浴に完全に浸漬することにより、陰イオン直接染料を用いて行われます。洗濯、摩擦、光に対する堅牢度を高めるためには、さらに高度な染色方法を用いることができます。これらの方法は、処理工程においてより複雑な化学反応を必要とするため、適用コストが高くなります。
プリントとは、あらかじめ決められた模様で、ペースト状またはインク状の着色剤を布地の表面に塗布する技法である。これは部分的な染色の一種と言える。既に染色された布地にデザインをプリントすることも可能である。
綿花の生産には耕作地が必要です。さらに、綿花は集約的に栽培され、大量の肥料と世界の殺虫剤の25%が使用されています。インド原産の綿花品種は雨水で栽培されていましたが、現代のハイブリッド品種は工場で使用されており、灌漑が必要で、それが害虫の蔓延につながっています。インドの綿花栽培地の5%で、インドで使用される農薬全体の55%が使用されています。[ 6 ]
水と電気の形で消費されるエネルギーは、特に洗浄、糊抜き、漂白、すすぎ、染色、印刷、コーティング、仕上げなどの工程で比較的高い。加工には時間がかかる。繊維産業における水の大部分は、繊維の湿式加工に使用される（70%）。繊維生産、紡績、撚糸、織物、編み物、衣料品製造などの繊維生産全体のエネルギーの約25%は染色に使用される。エネルギーの約34%は紡績で、23%は織物で、38%は化学湿式加工で、5%はその他の工程で消費される。紡績と織物では電力が消費パターンを支配し、化学湿式加工では熱エネルギーが主要な要因となっている。[ 4 ]
綿はセルロースを含み、セルロースには44.44%の炭素が含まれているため、炭素吸収源として機能します。しかし、肥料の使用、綿の収穫に機械化された道具を使用することなどによる炭素排出のため、綿の製造はセルロースの形で貯蔵されるよりも多くのCO2を排出する傾向があります。[ 35 ]
綿花の栽培は、有機栽培と遺伝子組み換え栽培の2つのセグメントに分けられます。[ 4 ]綿花は何百万人もの人々の生活を支えていますが、水の消費量が多く、高価な農薬、殺虫剤、肥料を使用するため、生産コストが高くなっています。遺伝子組み換え作物は、病害抵抗性を高め、必要な水の量を減らすことを目的としています。インドの有機栽培部門は5億8300 万ドルの価値がありました。2007年には、遺伝子組み換え綿花がインドの綿花栽培面積の43%を占めていました。[ 6 ]
機械化以前は、綿花はインドでは農民によって、アメリカではアフリカ人奴隷によって手作業で収穫されていた。2012年、ウズベキスタンは綿花の主要輸出国であり、収穫時には手作業が用いられている。人権団体は、医療従事者や子供たちが綿花摘みを強制されていることに懸念を表明している。[ 36 ]
2018年には、悪天候、水不足、害虫問題により、綿花が150万トン不足した。[ 37 ]
亜麻は靭皮繊維であり、アマ（Linum usitatissimum）の樹皮の下に束になって存在します。この植物は開花し、収穫されます。その後、浸漬、破砕、脱穀、梳毛、または櫛通しなどの処理が施されます。そして、綿のように処理されます。[ 38 ]
ジュートはコルコルス属の植物の内樹皮から採取される靭皮繊維です。亜麻と同様に浸漬処理され、天日乾燥されて梱包されます。紡績時には、繊維に少量の油を加える必要があります。漂白や染色が可能です。かつては袋やバッグに使用されていましたが、現在はカーペットの裏地に使用されています。[ 39 ]ジュートは他の繊維と混紡して複合生地を作ることができ、バングラデシュではその工程を改良し、使用可能な範囲を拡大するための研究が続けられています。1970年代には、ジュートと綿の複合生地はジュットン生地として知られていました。[ 40 ]
麻はアサ（Cannabis sativa）の内皮から得られる靭皮繊維です。漂白が難しく、紐やロープの製造に使用されます。浸漬、分離、粉砕の工程を経ます[ 41 ]。
環境に配慮した繊維生産を目的として、近年ますます利用されている靭皮繊維には、ケナフ、ラミー、イラクサ[ 42 ]、ウレナ[ 43 ]などがある。
羊毛は家畜の羊から採取されます。羊毛は、ウール糸と梳毛糸という2種類の糸を作るのに使われます。これらは、糸に対する羊毛繊維の向きによって区別されます。ウール糸は繊維が垂直に配置されているため、空気を閉じ込めるふわふわとした糸になります。一方、梳毛糸は繊維が平行に配置されているため、丈夫で滑らかな糸になります。
現代の羊は均一な毛を持っていますが、原始的な羊や在来種の羊は、柔らかく短い下毛と、より丈夫で粗く長い上毛という二重の毛皮を持つことがよくあります。これらは別々に処理するために選別することも、一緒に紡ぐこともできます。それぞれの毛皮の特性が異なるため、非常に異なる糸ができます。上毛は耐久性のあるアウターウェアに使用でき、下毛は伝統的にヨーロッパ全土で極細のウェディングリングショールを作るのに使用されています。[ 44 ]ロピのように一緒に紡ぐと、上毛の強度と下毛のふくらみと柔らかさを組み合わせた独特の糸ができます。
未使用の羊毛はバージンウールと呼ばれ、ぼろ布から回収された羊毛と混ぜて使うことができます。「ショディ」とは、もつれていない回収羊毛のことで、「マンゴ」はフェルト化した羊毛を指します。エキスは、綿と羊毛の混紡生地から化学的に回収されます。
羊毛は羊から一枚の羊毛として刈り取られます。理想的には、繊維の長さを最大限に伸ばすために、羊毛はできるだけ皮膚に近いところで刈り取られます。同じ場所を二度刈り取ると、繊維が細くなり、仕上がった生地に毛玉ができてしまいますが、熟練した刈り取り職人は通常これを避けることができます。次に、脚や肛門の周りの汚れた羊毛を取り除くために、羊毛はスカート状に刈り取られ、等級分けされ、梱包されます。等級分けは、繊維の長さだけでなく品質に基づいて行われます。長い羊毛繊維は最大15インチにもなりますが、2.5 インチ以上の長さであれば梳毛に適しています。それより短い繊維は短い羊毛となり、衣料用またはカーディング用羊毛と呼ばれ、混紡の羊毛製品に最適です。
工場では、羊毛を洗剤で洗浄することで、油分（卵黄）や不純物を取り除きます。これは開繊機で機械的に行われます。植物性物質は硫酸（炭化）を用いて化学的に除去できます。洗浄には石鹸と炭酸ナトリウムの溶液を使用します。羊毛は梳毛またはコーミングの前に油を塗布します。
絹の生産工程は綿の生産工程と似ているが、糸巻きされた絹は連続した繊維であるという点が異なる。そのため、使用される用語も異なる。
羊毛と絹はどちらも農地を必要とする。蚕は桑の葉を必要とするが、羊は草、クローバー、ハーブ、その他の牧草を食べる。羊は、他の反芻動物と同様に、消化器系を通してCO2を排出する。 [ 46 ]また、羊の牧草地は肥料を施されることもあり、それが排出量をさらに増加させる。[ 47 ]
合成繊維は、天然の動物繊維や植物繊維を改良するために科学者たちが長年にわたり開発を重ねてきた成果です。一般的に、合成繊維は、繊維形成材料を紡糸口金と呼ばれる穴を通して空気中に押し出すことで、糸状に成形されます。合成繊維が開発される以前は、植物由来の天然セルロースからセルロース繊維が作られていました。
1799年以降アートシルクとして知られるようになった最初の人工繊維は、1894年頃にビスコースとして知られるようになり、最終的に1924年にレーヨンと呼ばれるようになりました。セルロースアセテートとして知られる同様の製品は1865年に発見されました。レーヨンとアセテートはどちらも人工繊維ですが、木材から作られているため、厳密には合成繊維ではありません。これらの人工繊維は19世紀半ばに発見されましたが、現代的な製造が本格的に始まったのはずっと後の1930年代です。最初の合成繊維であるナイロンは、絹の代替品として米国でデビューし、パラシュートやその他の軍事用途に使用されました。
これらの繊維を糸に加工する技術は、基本的に天然繊維の場合と同じですが、これらの繊維は非常に長く、綿や羊毛にあるような、絡み合いを助ける鱗状の構造がないため、改良を加える必要があります。
植物、動物、昆虫によって生産される天然繊維とは異なり、合成繊維は化石燃料から作られるため、農地を必要としません。[ 48 ]
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