Produksi Benang: Dari Benang Kuno hingga Inovasi Modern

Latar Belakang

Benang terbentuk dengan memutar beberapa serangkaian serat bersama. Setiap serangkaian itu sendiri terdiri dari serat lebih pendek yang diputar menjadi filamen yang lebih panjang. Serangkaian yang panjang dan berkelanjutan dapat diputar lebih lanjut atau diproses melalui texturing untuk mengubah propertinya.

Jumlah twist yang diterapkan selama spinning menentukan karakter benang: twist tinggi menghasilkan kekuatan; twist sedang menawarkan kelembutan dan kilau; twist yang sangat rapat menghasilkan benang crepe. Benang juga diklasifikasikan berdasarkan konstruksinya—benang tunggal, benang ply (dua atau lebih benang tunggal yang diputar bersama), dan benang tali (memutar dua atau lebih benang ply).

Pada tahun 1995 Amerika Serikat menghasilkan hampir 8 miliar pound (3,6 miliar kg) benang yang diputar, 40 % darinya berasal dari Carolina Utara. Lebih dari setengah outputnya adalah kapas, dengan benang tekstur, keriting, atau volume yang membentuk sekitar setengah total. Benang tekstur mengembangkan volume melalui perawatan fisik, kimia, atau panas; benang keriting menggunakan serat termoplastik dengan bentuk yang diubah; benang volume terbuat dari serat yang secara inheren volumetrik yang tidak dapat dipadatkan erat.

Benang esensial untuk manufaktur tekstil, memproses weaving, knitting, dan felting. Pada tahun 1995 Amerika Serikat menghasilkan 4 miliar pound (1,8 miliar kg) benang weaving, 3 miliar pound (1,4 miliar kg) benang mesin-knitting, dan 1 miliar pound (450 juta kg) benang karpet dan ragi. Sektor tekstil menyalurkan lebih dari 600.000 pekerja, mengkonsumsi sekitar 16 miliar pound (7 miliar kg) serat pabrik setiap tahun, dan menghasilkan $2,1 miliar laba pada tahun 1996. Ekspor mewakili lebih dari 11 % penjualan—mendekati $7 miliar—sedangkan industri pakaian menambahkan satu juta pekerja lagi.

Sejarah

Serat alami seperti kapas, flax, sutra, dan wol telah menjadi bahan pokok produksi tekstil awal. Fragmen benang dan kain tertua yang dikenal—bundel serat flax dan kain plain-weave linen—berumur sekitar 7.000 tahun dan ditemukan di dekat Robenhausen, Swiss.

Budidaya kapas dan penggunaan tekstil meliputi setidaknya 7.000 tahun. Bukti kain kapas muncul di Mesir sejak 12.000 SM, dan temuan serupa ada di Meksiko (3.500 SM), India (3.000 SM), Peru (2.500 SM), dan bagian barat daya AS (500 SM). Kapas hanya mendapatkan prominensi komersial di Eropa setelah Dunia Baru dikolonisasi. Sutra, khususnya Tiongkok sejak 2.600 SM, sebagian besar tetap terpencil hingga abad ke-6 ketika Kekaisaran Bizantium mulai pembiakannya ulat sutra.

Serat sintetis muncul jauh lebih lama: rayon, yang berasal dari serat kapas atau kayu, dikembangkan pada tahun 1891 dan diproduksi komersial pada tahun 1911; nylon menyusul, kemudian berbagai polyester, yang mengurangi permintaan global terhadap serat alami dan memperluas aplikasi.

Sebelum abad ke-14, benang diputar dengan tangan pada palung dan whorl—sebuah tongkok runcing dengan beban untuk mempertahankan rotasi. Serat ditarik dari bundel yang dicard dan terikat pada distaf. Pada abad ke-12-13, roda spin muncul di India (500–1000 M) dan kemudian Eropa, dengan roda yang dioperasikan tangan, flyer untuk memutar benang, dan bobin yang menggulung benang. Roda Saxon, yang diperkenalkan sekitar 150 tahun kemudian, menggunakan pedal kaki, membebaskan kedua tangan untuk bekerja serat.

Abad ke-18 melihat terobosan mekanisasi: flying shuttle John Kay (1733), spinning jenny Richard Arkwright (1766), dan mule machine Samuel Crompton (1776). Pada tahun 1828, John Thorp menemukan ring frame, yang masih banyak digunakan, yang melibatkan ratusan palung di dalam cincin logam. Sistem open-end sekarang memutar banyak serat alami, menariknya dengan udara ke dalam cangkir yang berputar cepat sebelum ekstrusi.

Bahan Baku

Benang diproduksi dari sekitar 15 jenis serat, dikelompokkan menjadi alami dan sintetis. Serat alami—yang berasal dari tumbuhan atau hewan—predominan dalam weaving. Kapas, yang dipanen dari biji matang, tetap menjadi serat terlaris di Amerika, melebihi semua sintetis gabungan. Serat tumbuhan seperti acetate (pulp kayu atau linter kapas) dan linen (flax) juga digunakan. Serat hewan termasuk wol (domba), mohair (kambing Angora), dan sutra, yang di-ekstrusi oleh ulat sutra dalam serangkaian yang berkelanjutan.

Serat sintetis dibuat dengan meng-ekstrusi larutan polimer melalui nozzle spinneret dan mengeraskan filamen secara kimia. Contohnya termasuk akrilik, nylon, polyester, polyolefin, rayon, spandex, dan triacetate. Banyak sintetis meniru properti serat alami sambil menghindari penyusutan, dan yang lain menawarkan fitur khusus—spandex dapat meregang lebih dari 500 % tanpa putus.

Serat tiba dalam gembol, dibuka secara manual atau oleh mesin. Pemilih memisahkan dan membersihkan serat, kemudian carding menyelaraskan mereka menjadi jaring yang sedikit paralel. Alat berbentuk imfunnel mengubah jaring ini menjadi tali sebenar. Roller meregang tali—yang sekarang disebut sliver—menjadi benang seragam yang menerima twist ringan dan dimasukkan ke dalam tong besar.

Proses Manufaktur

Ada tiga metode spinning utama: kapas, worsted (serat panjang), dan wol. Serat stapel sintetis dapat diputar dengan salah satu dari ini. Karena metode kapas menghasilkan volume terbesar, dijelaskan secara detail di bawah ini.

Persiapan Serat

• Serat dikirim dalam gembol dan dibuka secara manual atau oleh mesin. Serat alami mungkin memerlukan pembersihan; serat sintetis hanya perlu dipisahkan. Pemilih melonggar, memisahkan, dan membersihkan serat. Penggabungan berbagai serat stapel mungkin diperlukan untuk aplikasi tertentu, dilakukan selama pembentukan lap, carding, atau drawing. Kuantitas diukur dengan hati-hati untuk mempertahankan proporsi yang konsisten.

Carding

• Mesin carding, dilengkapi dengan kawat halus, memisahkan serat dan menyelaraskan mereka menjadi jaring yang longgar dan paralel. Jaring melewati alat berbentuk imfunnel untuk membentuk tali sebenar. Penggabungan dapat terjadi dengan menggabungkan lap serat yang berbeda.

Combing

• Untuk benang yang lebih halus dan lebih halus, serat mengalami pengparalelan lebih lanjut. Alat seperti sisir menyusun serat secara paralel, membiarkan serat pendek jatuh dari tali.

Drawing Out

• Setelah carding atau combing, massa serat adalah sliver. Beberapa sliver dapat digabungkan sebelum langkah ini. Roller pada kecepatan yang berbeda meregang sliver menjadi tali yang lebih seragam, menambahkan twist kecil sebelum dimasukkan ke dalam tong besar. Sliver yang dicard ditarik dua kali setelah carding; sliver yang dicomb ditarik sekali sebelum combing dan dua kali setelah combing.

Twisting

• Sliver memasuki roving frame, di mana tali diperpanjang dan diputar lebih lanjut, menghasilkan roving.

Spinning

• Produksi benang komersial terutama menggunakan ring spinning dan open-end spinning. Dalam ring spinning, roving diumpankan melalui roller, diperpanjang, dan dilewatkan melalui mata jarum dan traveler. Traveler bergerak di sekitar cincin yang diam pada 4.000–12.000 rpm sementara spindle memutar bobin, memutar dan menggulung benang dalam satu operasi. Open-end spinning melewati langkah roving: sliver diumpankan ke dalam spinner oleh arus udara, diantar ke rotary beater yang memisahkan serat menjadi aliran tipis, yang dibawa udara ke dalam ranur V-berbentuk rotor. Twist dihasilkan saat rotor berputar, dan serat baru terus masuk sementara benang jadi keluar di ujung ranur.

Kontrol Kualitas

Otomatisasi menyederhanakan jaminan kualitas: sistem elektronik memantau suhu, kecepatan, twist, dan efisiensi. American Society for Testing and Materials (ASTM) menyediakan metode standar untuk mengukur properti seperti drawforce, bulk, dan penyusutan.

Masa Depan

Sistem spinning akan semakin terotomatisasi dan terintegrasi, menggabungkan fungsi carding dan drawing ke dalam satu unit. Tingkat produksi diharapkan akan melonjak seiring dengan mesin yang menampung lebih banyak palung, dan peralatan yang dikendalikan robot akan menjadi umum.

Produsen dalam negeri mengalami persaingan yang ketat dari produsen Asia yang mendapatkan teknologi terbaru. Biaya bahan baku—potensialmente hingga 73 % dari total biaya produksi benang—tetapi menjadi tantangan. Produsen AS kemungkinan akan memperkuat aliansi dengan pelanggan dan klien mereka, sementara kolaborasi industri seperti American Textile Partnership—program penelitian bersama di antara industri, pemerintah, dan akademisi—berupaya meningkatkan daya saing.

Regulasi lingkungan akan semakin ketat, mendorong industri untuk mengadopsi daur ulang dan pencegahan polusi. Pengembangan benang dari bahan sisa, termasuk denim, sudah berjalan. Produsen peralatan akan terus berinovasi untuk memenuhi standar kualitas udara dan air.

Rekayasa genetika menjanjikan serat dengan properti unik. Peneliti telah menciptakan tanaman kapas dengan serat yang memegang panas secara lebih efektif, dengan menyisipkan jumlah kecil plastik alami polyhydroxybutyrate. Serat di masa depan mungkin menunjukkan ikatan pewarna dan stabilitas yang lebih baik.

Serat sintetis baru yang menggabungkan kualitas terbaik dari dua polimer sedang dikembangkan. Beberapa akan dihasilkan dari proses kimia; yang lain mungkin dihasilkan secara biologis menggunakan ragi, bakteri, atau jamur.