Прядение. Производство нитей для ткани и трикотажа

В журнале Publish за февраль 2022 года опубликована статья по истории печати по ткани. Но для печати нужна основа. Вернёмся в прошлое и посмотрим, какие предпосылки послужили толчком к началу промышленной революции в текстильной отрасли.

Древняя история

Издавна человек разумный, занимавшийся охотой и собирательством, укрывал своё жилище и своё тело шкурами убитых животных.

С переходом на земледелие и разведение домашнего скота появился регулярный доступ к шерсти, позднее началось выращивание хлопка. Самая первая пряжа представляла собой простое ручное скручивание между ладонями, процесс был медленным и трудоёмким, нить получалась грубой, толстой и легко рвалась.

Изобретение веретена (spindle) сыграло большую роль в увеличении производства пряжи и, соответственно, ткани. К сожалению, не сохранилось исторических данных о изобретателе, нет и точной даты. Первые упоминания о таком способе производства пряжи датируются V веком до н.э. и встречаются в древнем Египте и Месопотамии. Веретено представляет собой деревяный цилиндр, длиной 25–35 см, диаметром 4–5 см в нижней трети, с утончением на верхнем конце, где имеется выемка или прорезь для крепления нити.

Женщины, работающие с шерстью. Сцены на аттическом чернофигурном кувшине третьей четверти VI века до н.э. Метрополитен-музей, Нью-Йорк

Прядение нитей, рисунки древнего Египта. V век до н.э. Метрополитен-музей, Нью-Йорк

На Руси веретена обычно делали из высушенной древесины разных пород. Прядение шерсти много веков занимало важное место в ведении хозяйства древних славян.

Фото веретен древности

Процесс прядения с помощью веретена

Волокна закрепляют на вертикально установленной дощечке (лопати),

в верхней части оснащённой зубцами. Прядильщица вытягивает из пучка рыхлой шерсти небольшой кусочек и закручивает его конец рукой, получая нить. Нить закрепляется в выемке (или прорези) веретена. Прядильщица приводит веретено во вращение, перекатывая его рукой по ноге или просто вращая рукой. Веретено остаётся вращаться по инерции, пока оно висит на нити рядом с ней. Левой рукой прядильщица держит волокна, а правой вытягивает их до нужной длины, и волокна скручиваются под действием вращающегося веретена. Когда скрученная нить достигает длины 50–80 см, нить открепляют от верхнего конца веретена и наматывают на нижнюю часть. Периодический процесс (скручивания и наматывания) продолжается до получения нити нужной длины.

Крепление волокон на лопати использовалось славянами. В ближневосточных и европейских странах волокна крепили на деревянные палки или металлические стержни длиной 1,2–1,6 метра с овальными наконечниками в верхней части.

Изготовление изделий из хлопка и шерсти занимало важнейшее значение в экономиках разных стран, одежда и предметы интерьера занимали большую долю среди меновых товаров купцов на протяжении нескольких тысяч лет. Важность изобретения веретена подтверждается упоминанием во многих легендах, в народным эпосе и теологических теориях тех лет. Веретено, как атрибут женских богов, связанных с жизнью и смертью, встречается в религиях многих стран. В языческой Руси, до Крещения, женские божества называли Рожаницы. Веретено, как символ жизни и судьбы, можно встретить в истории Древнего Рима, Греции, Скандинавии, Британии и многих других стран.

Развитие прядения

Новой вехой в увеличении производительности явилось изобретение прялки с колесом (spinning wheel).

Принципиальным отличием прялки с колесом (в русском варианта — самопрялка) является автоматизация вращения веретена. Простейшая прялка представляет собой вертикально установленное ведущее колесо диаметром 0,5–0,7 метра, которое вращает горизонтально установленное веретено посредством ремённой передачи. Пряха вращает ведущее колесо правой рукой, левой рукой подаёт волокна. Когда нить достигает длины вытянутой руки, колесо останавливают и сматывают нить. Далее процесс повторяется.

Использование прялки не только повышало производительность в 2–3 раза, но и увеличивало качество нити за счёт большего и более плотного скручивания.

Прялка

Прялка — древнее изобретение, используемое для превращения различных растительных и животных волокон в нити, из которых впоследствии на ткацком станке сплетается ткань. Точных данных о дате изобретения нет, исследователи (К. Уэйн Смит и Дж. Том Котрен) полагают, что родина изобретения — Индия, приблизительно между пятым и десятым веком до нашей эры. Однако другие исторические свидетельства показывают Китай как родину изобретения. Если принимать последнюю теорию, прялки из Китая по шёлковому пути сначала попали в Иран, потом в Индию и, наконец, в Европу в эпоху позднего Средневековья или раннего Возрождения.

Для увеличения производства нити волокна подготавливали заранее, для ориентации их по длине использовали чесалки и укладывали в ряды.

Чесалки представляли собой деревянные дощечки с металлическими иглами, волокна наносили на одну дощечку, а второй двигали горизонтально, тем самым ориентируя волокна в одну сторону, параллельно движению чесалок. Ориентированные волокна скатывали (как хозяйки скатывают тесто в трубочку) и выкладывали в линии — «ровницы».

Чесалки ручные

Шерсть после чёса

Шерсть скрученая

Поскольку ручное прядение отнимало много времени и лучше всего подходило для штучного и мелкосерийного изготовления в домохозяйствах, непрерывно шёл поиск увеличения производительности. Хотя прошло некоторое время, прежде чем технология прядения с горизонтально расположенным веретеном и приводным колесом достигла Европы, к XIV веку в Китае изобрели и освоили прялки с приводом от водяного колеса, что заметно повысило производительность. Но главное в этом изобретении — у работника освободилась вторая рука.

Примерно в 1530-х годах в Германии дебютировала прялка с приводом колеса за счёт ножной педали, что освободило руки для более точной подачи ровницы и значительно ускорило процесс. Последним значимым усовершенствованием самопрялки стало появление рогульки, которая устанавливалась на оси вместе с катушкой. Два конца рогульки выступают за катушку. Подаваемая ровница проходит через глазок в кончике веретена, затем через крючок одного из концов рогульки, далее идёт на катушку. Катушка и рогулька связаны с приводным колесом двумя отдельными ремнями, каждая своим, и благодаря разнице в диаметрах шкивов рогулька вращается быстрее катушки. Быстро вращающаяся рогулька скручивает ровницу в нить, которая наматывается на катушку, вращающуюся с меньшей скоростью.

Самопрялка

Когда в конструкцию прялки добавили рогульку, прядение уже не надо было останавливать на намотку нити, процесс производства стал действительно непрерывным, что резко увеличило сменную выработку нити одним работником. Самопрялка в последней версии была большим шагом вперёд по сравнению с ручным прядением с помощью веретена. Ножной привод рабочего колеса позволял вращать веретено быстрее и легче. Появилась возможность использовать обе руки для скрепления коротких ровниц вместе и вытягивать их в нить. Одна прядильщица теперь могла прясть столько же пряжи, сколько раньше делали 5–6 человек. Нить стала более ровной и лучше скручена, что позитивно сказалось на качестве, а высокая подушная выработка снизила стоимость.

Индустриализация прядения

Прядильная машина Харгривза

В начале XVIII века производство нитей значительно отставало от увеличивающегося спроса на ткани разного качества и назначения. Нехватка нитей в результате привела к ряду технических новшеств, кульминацией которых стала механизация процесса прядения. Изобретение первой прядильной машины датируется 1764 годом и принадлежит англичанину Джеймсу Харгривзу.

Джеймс Харгривз

Харгривз задумался над более быстрым способом прядения хлопка. Однажды вечером его жена занималась прядением на прялке в другой части комнаты. Она отвлеклась, её прялка опрокинулась на бок, веретено, приводимое в движение ремнём от приводного колеса, продолжало вращаться в вертикальном положении. Харгривза озарила идея установить несколько веретен вертикально рядом друг с другом и найти способ вытягивать ровницы по мере их скручивания. Так родилась идея многоверетенного прядильного станка. Харгривз назвал своё изобретение «Дженни» в честь своей жены.

Первая прядильная машина «Дженни» была построена примерно в 1767 году. Харгривз пытался сохранить своё изобретение в секрете и использовать его только в собственном доме. Так как семья Харгривз начала производить намного больше нити, прядильщики по соседству узнали, что у него есть замечательная прялка, с которой двенадцатилетний ребёнок может сделать столько же работы, сколько 10–12 взрослых людей с обычной прялкой.

Люди в то время не привыкли к машинам и опасались, что новая прялка лишит их работы. Так против изобретателя восстали прядильщицы, которыми, как правило, были женщины. Вместе со своими мужьями они ворвались в его дом и сломали все прядильные машины, какие были в доме. Семье Харгривза пришлось бежать, спасая свою жизнь.

Spinning Jenny

Чтобы защитить своё изобретение, Харгривз получил патент в 1770 году, но это не изменило ситуацию. Прялку «Дженни» было легко сделать, и прядильщики, быстро увидев её достоинства, делали похожую конструкцию и отказывались платить за пользование патентом. Харгривз не получил плату за своё изобретение, на которую рассчитывал. Это при том, что прялка «Дженни» в течение почти полувека оставалась основной машиной для прядения хлопковых нитей и, будучи усовершенствованной, главной машиной для прядения шерсти. Тем не менее Харгривз имел стабильный доход, так как был совладельцем фабрики по производству нитей, где работали изобретённые им машины.

После изобретения прялки «Дженни» один человек мог прясть столько же нитей, сколько пряли 40–50 работников, используя прялку обычной конструкции c одним веретеном. За счёт равномерного и непрерывного вращения нити получались более качественными, более одинаковыми, их использовали для нитей утка. Кроме того, дети в возрасте от двенадцати до четырнадцати лет работали на «Дженни» даже лучше, чем взрослые, так как их руки были меньше. Таким образом, изобретение прядильной машины «Дженни» знаменует собой начало массового использования детского труда на текстильных фабриках.

Прядильная машина Айкрайта

Ткань изготавливается методом сплетения нитей двух видов:

• нити основы, идут вдоль полотна;
• нити утка, идут поперёк полотна.

Ричард Аркрайт

Для основы требуется более прочная нить, чем для нити утка. Именно нити основы обеспечивают прочность ткани. Ни обычная ручная прялка, ни прялка «Дженни» не могли изготовить хлопковую нить, достаточно прочную для использования в качестве основы, только волокна льна давали требуемую прочность. То есть для нитей основы использовали более прочный лён, а для нитей утка использовали хлопок. Но лён был дороже, чем хлопок, и требовал больше усилий при обработке. Чтобы хлопчатобумажная ткань стала дешевле, нужно было найти способ прясть хлопковую нить, достаточно прочную для основы. Человеком, добившимся успеха, был Ричард Аркрайт, тоже англичанин.

Ричард Аркрайт был младшим из тринадцати детей в бедной семье. Если он и ходил в школу, то недолго. Обладая природным умом и смекалкой, Ричард пробовал себя в разных направлениях, получал прибыль и добивался успеха. Будучи поначалу парикмахером, а впоследствии преуспевающим торговцем париками, он много ездил по Англии, уговаривая девушек и молодых женщин добровольно и за малую плату отдать ему свои длинные волосы. Как парикмахер и торговец волосами, Аркрайт имел хорошую возможность поговорить с людьми о производстве нитей, о нехватке пряжи, о различных прядильных машинах.

Первая прядильная машина Айкрайта

Получил ли он идею от своих клиентов или от иных людей, с кем он в то время общался, или же он был достаточно прозорлив, чтобы самому увидеть перспективы. Главное, что понял Ричард, — есть большой спрос на прочную хлопковую нить для основы и на этом можно хорошо заработать.

Машина Ричарда Аркрайта была запатентована в 1769 году, всего через 2 года после появления машины «Дженни», могла прясть хлопок, лён и шерсть. Особенностью машины Айкрофта была придуманная им система подачи ровниц несколькими парами роликов, которые позволяли настроить требуемое натяжение. Вертикально расположенные шпиндели были схожи с машиной «Дженни». Первая машина приводилась человеческой силой, но достаточно быстро Айкрайт придумал использовать силу водяного колеса, поэтому машина называется водяной рамой (water frame), но более подходящее название — прядильная машина с валковой подачей. К сожалению, Айкрайт не дал имени своему изобретению.

Водяная рама — прядильная машина с приводом от водяного колеса

Прядильная машина Айкрайта имела большее значение, чем изобретение Харгривза. Водяная рама пряла такую прочную нить, что её можно было использовать для основы. Ткань впервые можно было делать полностью из хлопка, и вскоре появились английские коленкоры. Нить была настолько прочной, что её можно было использовать для вязания носков. Прядильная машина Харгривза могла прясть нити из ровницы, которые надо было готовить заранее. Машина Айкрайта могла работать и с ровницами, и с пряжей. Но у машины Айкрайта был недостаток — она не могла прясть тонкие и деликатные нити. Прялка «Дженни» по-прежнему использовалась для изготовления более мягких нитей утка, в то время как водяная рама Айкрайта использовалась для скручивания ровницы и для прядения более твёрдой и прочной нити основы.

Чесальная машина Айкрайта

Айкрайт не остановился на изобретении прядильной машины, он продолжал экспериментировать с различными вспомогательными механизмами и самостоятельными устройствами для обработки волокон и пряжи. Делая одно изобретение за другим, он получил семейство машин, которые правильнее назвать фабрикой по производству хлопчатобумажной нити. В первую машину закладывалась неочищенная вата, а из последней выходила белоснежная, хорошо скрученная нить.

Реплика машины Айкрайта

Аркрайт был не только великим изобретателем, но и оказался хорошим бизнесменом. Несмотря на финансовые трудности в начале 1770-х, спустя пару лет пришёл успех. В конце концов он стал одним из самых известных владельцев хлопчатобумажных фабрик в Англии и в течение ряда лет контролировал рыночные цены на хлопковые нити, а незадолго до смерти он был посвящён в рыцари.

Прядильная машина Кромптона

Прядильная машина «Дженни» производила хорошую и тонкую, но недостаточно прочную нить. Прядильная машина Айкрайта, наоборот, — пряла прочную, но достаточно грубую нить. Ни одна из этих машин не позволяла прясть пряжу, достаточно тонкую, чтобы ткать муслин*. Весь муслин в то время был из Индии. Индийские прядильщицы были настолько искусны, что могли плести тончайшую нить даже на веретене. Прядильной машиной, сломившей влияние Индии на торговлю муслином, был «Мул», изобретённый в 1779 году англичанином Сэмюэлем Кромптоном.

Сэмюэл Кромптон

Сэмюэл Кромптон (1753–1827) родился в Болтоне, Ланкашир. Когда его отец умер, юный Сэмюэль помогал матери, работал на прялке, производя длинные и прочные нити, готовые для шитья, вязания или ткачества. «Маленькие ножки Сэмюэля привыкли к ткацкому станку почти сразу, как только они стали касаться приводной педали». Тем не менее он регулярно ходил в школу и получил хорошее образование. Однако посещение школы не освобождало его от ежедневного работы на прялке и ткацком станке.

В то время Самуэль работал на восьмиверетенной «Дженни», много времени уходило на связывание постоянно обрывающихся нитей, это натолкнуло его на идею сделать машину, которая была бы лучше, чем «Дженни».

Прядильная машина Mule

Кроме того, Самуэль был превосходным работником, ему хотелось сделать ткань столь же красивую и нежную, как индийский муслин. Кромптон начал работать над своей машиной в 1774-м, в тот момент ему был 21 год. Первая прядильная машина была готова в 1779 году и была названа прядильным «мулом», она сочетала в себе черты «Дженни» и прядильной машины Айкрайта. Мул — это потомство лошади и осла, и все трое широко использовались в качестве рабочих животных того времени, среди крестьян самку осла звали «Дженни».

Едва был закончен первый «Мул», как вспыхнули бунты 1779 года против использования прядильных и ткацких станков в промышленном масштабе. Толпы прядильщиков и ткачей кричали: «Люди, а не машины». Мятежники ходили из цеха в цех и крушили все «Дженни» и машины Айкрайта, до которых могли добраться. Кромптон знал, что его прядильный «Мул» разозлит бунтовщиков даже больше, чем «Дженни» или машины Айкрайта. Опасаясь за своё изобретение, Кромптон разобрал его на части и спрятал на чердаке своей мастерской, и только когда власти подавили бунт, Самуэль снова собрал «Мул». Спустя нескольких недель практики Кромптон мог прясть на нём нить, достаточно тонкую и прочную для изготовления качественного муслина, не уступающего по своим свойствам индийскому.

Изобретение Самуэля Кромптона сочетает в одной машине лучшие технические решения и машины Аркрайта, и машины «Дженни» Харгривза. До этого длина нити из 100 граммов хлопка составляла не более 14 000 метров. С помощью «Мула» можно было спрясть из 100 граммов хлопка нить длиной более 62 000 метров. В отличие от других изобретателей, Кромптон создавал машину для собственного использования, ему хотелось производить ткани тонкой выделки.

Прядильная машина Mule

Так и было несколько месяцев, но нити его производства сломали местный рынок, они были самого высокого качества, и Кромптон получал за них значительно более высокую цену. Добавьте к этому невероятную производительность, и через непродолжительное время Самуэль стал богат, известен и притягивал недоброжелательные взгляды соседей. Его даже обвинили в колдовстве, но более прагматичные соседи догадались, что у Самуэля появилась машина доселе невиданного типа. Они шпионили, пробовали проникнуть в дом, приставляли лестницы и заглядывали в окна. У Кромптона не было возможности получить патент, и спустя несколько месяцев постоянного давления со стороны других прядильщиков он показал своё изобретение публике и передал его для копирования. Но его изобретение всё же было оценено по достоинству, парламент выплатил Самуэлю существенное денежное вознаграждение за вклад в развитие текстильной отрасли.

«Мул» произвёл революцию в текстильном производстве, значительно увеличив количество нити, которое можно было получить из сырья одного веса. Но это также означало, что производителям текстиля больше не нужно было платить большому количеству отдельных прядильщиков, поскольку теперь один работник мог одновременно производить нити на сотне веретен. Прядение (изготовление нити) превратилось из кустарного производства, которым занимались семьи в собственных домах, производя одну катушку нити за день, в механизированный процесс массового производства.

К 1812 году в Англии работало множество прядильных «Мулов», в общем количестве веретен (шпинделей) от 4 до 5 миллионов. И если самый первый «Мул» представлял собой достаточно грубую конструкцию на 20 веретен, то буквально через несколько лет «Мул» был усовершенствован и насчитывал от 80 до 100 веретен. «Мул», как и «Дженни», сначала приводился в действие прядильщиком, далее «Мулы» подключали к вращению водяного колёса, а впоследствии парового двигателя. Усовершенствованный таким образом «Мул» представляет собой универсальную и производительную прядильную машину, основные принципы которой использовали во всём мире вплоть до 1980-х годов для прядения как основы, так и утка всех видов хлопчатобумажных изделий.

Вряд ли мы узнаем, какие события и факторы вдохновили трёх талантливых людей, но всего за 12 лет, с 1767 по 1779 годы, было изобретено три вида прядильных машин, которые навсегда и кардинально изменили уклад людей. С начала ХV века в Англии изготовление и продажа тканей из овечьей шерсти приносили существенную долю годового бюджета. Ткачи были привилегированной кастой, имели почёт и зарабатывали много больше фермеров. С появлением прядильных машин любой подросток спустя две недели обучения мог выделывать такую же качественную нить, как мастерица с 20-летним стажем на обычной прялке.

Английская индустриальная революция началась именно с изобретением прядильных и ткацких станков, для которых потребовался привод там, где стоит фабрика, а не там, где течёт ручей или река.

Об истории создания ткацких станков мы поговорим в следующий раз.

Автор — Юрий Ефремов (y.efremov@t-textile.com), директор компании «Текстиль и Технологии», занимающейся поставками оборудования и расходных материалов для цифровой печати по текстилю.

* Муслин — очень тонкая ткань полотняного переплетения преимущественно из хлопка. Использовался для пошива женских платьев и белья вплоть до 1910 годов.