第三節　紡織技術及其發展趨勢

一、紡織技術

紡織工程的任務是以紡織纖維為原料，經過各類紡織加工過程，生產形形色色的紡織最終產品。根據生產加工與產品流通的過程（圖1-1），紡織工業主要包括紡織原料的生產、紡紗、織造、染整（非織造產品主要為后整理）等重要環節，并形成紡織產品流向服裝用、裝飾用、產業用三大終端應用。

因此，紡織工程主要涉及以下幾方面的核心知識與技術。

1.紡織纖維　紡織纖維是構成紡織品的最小、最基本的單元，也是最主要的紡織材料（一般將用以加工制成紡織品的紡織原料、紡織半成品以及成品統稱為紡織材料，包括各種纖維、紗線、織物等）。紡織纖維通常按纖維的來源分為天然纖維和化學纖維兩大類。凡是自然界原有的，或從經人工培植的植物中、人工飼養的動物中獲得的紡織纖維稱為天然纖維。根據它的生物屬性又可分為植物纖維、動物纖維和礦物纖維。凡用天然的或合成的高聚物為原料，主要經過化學方法加工制造出來的紡織纖維稱為化學纖維，簡稱化纖。按原料、加工方法和組成成分的不同，化學纖維又可分為再生纖維、合成纖維和無機纖維。

2.紡紗技術　紡紗技術就是以各種紡織纖維，通過纖維的集合、牽伸、加捻而紡成紗線，以供織造使用。把紡織纖維制成紗線的過程稱為紡紗工程。因采用的纖維種類不同，其生產設備、生產流程也有所不同，從而分為棉紡、毛紡、麻紡和絹紡四大專門的紡紗工程。由棉、毛、麻等天然短纖維或由廢絲切成的絲短纖維和化纖短纖維，要經過開松、梳理、集合成條帶狀，再經牽伸加捻紡成紗線，稱為短纖紗。

3.機織技術　由相互垂直排列的經紗系統和緯紗系統，在織機上按照一定的組織規律交織而成的紡織制品，稱為機織物。由紡紗工程而得的紗或線織制成機織物的過程，稱為機織工程。

在整個機織工程中，包括了經、緯紗系統的準備工作和經、緯紗系統的織造兩大部分。在織機上，經紗系統從機后的織軸上送出，經后梁、停經片、綜絲和鋼筘，與緯紗系統交織形成織物，由卷取輥牽引，經導輥而卷繞到卷布輥上。而機織物在織造過程中，包括了開口（將經紗分為上下兩層，形成梭口）、引緯（把緯紗引入梭口）、打緯（將緯紗推向織口）、送經和卷取（織軸送出經紗，織物卷離形成區）五大運動的作用。

4.針織技術　針織是利用織針把紗線彎成線圈，然后將線圈相互串套而成為針織物的一門工藝技術。根據編織方法的不同，針織生產可分為緯編和經編兩大類，針織物也相應地分為緯編針織物和經編針織物兩大類。緯編針織物和經編針織物由于結構不同，在特性和用途等方面也有一些差異。

5.非織造技術　非織造布是一種不需要紡紗織布而形成的織物，是將紡織短纖維或者長絲進行定向或隨機排列，形成纖網結構，然后采用機械、熱黏或化學等方法加固而成。非織造技術直接利用高聚物切片、短纖維或長絲通過各種纖網成形方法和固結技術形成具有柔軟、透氣和平面結構的新型纖維制品。非織造產品可應用與航空航天、環保治理、農業技術、醫療保健及人們日常生活等眾多領域。

6.染整技術　紡織物除了滿足人們的衣著及其他日常生活外，還大量地用于工農業生產、國防、醫藥、裝飾材料等各個領域。紡織物除極少數供消費者直接使用外，絕大多數都要經過染整加工，制成美觀大方、豐富多彩的漂白、染色、印花用品。

紡織物染整加工是紡織物生產的重要工序，它可以改善紡織物的外觀和服用性能，或賦予紡織物某些特殊功能，從而提高紡織物的附加價值，美化人們的生活，滿足各行業對紡織品不同性能和功能的要求。當前紡織物發展的總趨勢是向精加工、深加工、高檔次、多樣化、時新化、裝飾化、功能化等方向發展，并以增加紡織物的附加價值和檔次、功能為提高經濟效益的手段。

7.紡織產品　紡織產品是人們日常生活的必需品，種類繁多，用途廣泛。人們頭上、身上、手上、腳上穿戴的都離不開紡織品。現代紡織產品不但外護人們肢體，而且還可以內補臟腑。既能上飛重霄，又能下鋪地面。有的薄如蟬翼，有的輕如鴻毛，堅者超過鐵石，柔者勝似橡膠。把這眾多的紡織品區以門類則是紗線類、繩帶類、機織物、針織物、非織造布、編織物等。

本書重點按照上述核心知識與技術展開介紹和討論。

二、紡織技術的發展趨勢

從紡織業的發展歷史上看，紡織工業開創了世界的大工業化時代。未來紡織工程技術的發展也必將與世界科技革命和隨之而來的信息技術革命相一致，以更快的速度向前發展。在近代二百多年的紡織科技發展歷史中，紡織工程技術的發展經歷了四次偉大的變革：第一次變革是18世紀中葉，主要標志是紡織生產工具的革命，如紡紗機、動力織機的誕生等；第二次變革是在19世紀中葉，主要標志是電力在紡織工業中的廣泛應用；第三次變革是20世紀初，主要標志是化學纖維的發展；第四次變革是在20世紀中葉，主要標志是以計算機技術帶頭的電子技術、生物工程、光纖通信、海洋開發、空間技術、激光技術、新材料技術和新能源技術的廣泛應用，使整個紡織科技領域發生了翻天覆地的變化。20世紀80年代以來，由于電子技術和計算機技術的廣泛應用，國際紡織技術向優質、高產、自動化、連續化方向迅速發展。依靠電子信息技術改造傳統的紡織工業，必將使紡織生產力發展邁上一個新的臺階。到2015年，主要紡織機械產品30%以上達到同期國際先進技術水平，其中紡紗機械、化纖機械等主要產品達50%以上。“十二五”規劃期間，紡織行業緊密圍繞紡織工業結構調整和產業升級，加快各類高端紡織裝備的研發制造和產業化，包括：高新技術纖維成套工藝技術裝備，功能性差別化纖維成套工藝技術裝備，全流程智能型紡織自動化生產線，高性能紡紗和織造設備，產業用預成型智能織造裝備，新型非織造布成套裝備，綠色環保低碳紡織機械產品，高端紡織技術裝備專用基礎件等。提升傳統紡織機械的生產效率和自動控制水平，增強產品可靠性。加強紡織機械企業的技術改造，提高“兩化”融合水平，促進紡織機械企業的工藝技術進步和提高機床數控化率。

1.紡織纖維的發展趨勢　紡織工業是加工工業，紡織產品的質量、品種、生產效率、產品成本、市場競爭力在很大程度上取決于纖維原料的質量和品種。隨著全球化纖生產進一步向中國轉移，中國已經成為世界最大的化纖生產國。中國化纖產量占據全球總量的60%以上。我國化纖工業持續快速發展，綜合競爭力明顯提高，全面完成了規劃的各項目標任務，有力推動和支撐了紡織工業和相關產業的發展，在世界化纖產業中的地位與作用進一步提升。

隨著化學纖維產品性能提高及使用量的增加，對棉、毛、麻、絲等傳統天然纖維進行了不同的改性加工，提高了纖維的性能，并且開發了彩色棉、羅布麻、大麻、竹原纖、樹皮等新的天然纖維。不同纖維原料經過混合、復合、變形、紡織及后整理加工，取長補短，生產出品類繁多的紡織新產品。隨著纖維品種的不斷發展，多種纖維原料的混紡、交織已成為紡織品生產和紡織染整工藝技術的發展趨勢。

（1）天然纖維。天然纖維是由自然界直接取得的纖維，包括植物纖維、動物纖維和礦物纖維。

①植物纖維。包括由植物種籽上獲得的纖維，如棉、木棉等；由植物果實上獲得的纖維，如椰子纖維等；由植物莖桿韌皮中獲得的纖維，如苧麻、亞麻、黃麻、槿麻、大麻、苘麻、羅布麻等；由植莖桿鞘殼中獲得的纖維，如棕櫚鬢等；由植物葉中獲得的纖維，如劍麻、蕉麻、鳳梨麻（菠蘿麻）等。這些纖維的主要組成物質是纖維素，又稱天然纖維素纖維。

②動物纖維。包括由動物披被的毛發中取得的纖維，羊毛、山羊絨、駱駝絨、兔毛、牦牛毛、駱馬毛等；由昆蟲腺分泌物取得的纖維，如桑蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲、木著蠶絲等。這些纖維主要組成物質都是蛋白質，又稱天然蛋白纖維。

③礦物纖維。包括各類石棉，如溫石棉、青石棉、蛇紋石棉等。這些纖維的主要組成物質都是無機的金屬硅酸鹽類，又稱天然無機纖維。

由于生物技術的廣泛應用，天然纖維的新品種不斷出現，如彩色棉花、可紡竹纖維以及改性蛋白纖維等，它對紡織工業的發展賦予了新的活力。就天然纖維在紡織產品的應用而言，它屬于“綠色”紡織品范疇，是紡織材料發展方向之一。

（2）化學纖維。化學纖維是指由人工加工制造而成的纖維狀物體，它包括有機纖維和無機纖維，有機纖維又包括再生纖維和合成纖維。

①再生纖維。由天然聚合物或失去紡織加工價值的纖維原料，經人工溶解或熔融再抽絲制成的纖維。包括再生纖維素纖維，如黏膠纖維、銅氨纖維、醋酯纖維等；蛋白質纖維，包括各種天然蛋白質產品經提純、溶解、抽絲制成的纖維，如牛奶蛋白纖維、大豆蛋白纖維等；人造特種有機化合物纖維，如甲殼素纖維、海澡膠纖維等。

②合成纖維。由天然小分子化合物經人工合成有機聚合物后，再溶解或熔融成液體后抽成的纖維。它們又可按組成物質區分為聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（錦綸）、聚丙烯腈纖維（腈綸）等。

目前，化學纖維已成為國際紡織生產中的主體原料，化學纖維的品質、性能已取得了重大進展，它更能體現紡織生產技術的發展水平，也符合社會經濟發展的需要。化學纖維的仿真技術、功能整理技術、紡織品產業應用技術成為紡織品開發研究的新課題，并且已經取得突破性進展。

2.紡紗技術的發展趨勢　紡織新技術新工藝的推廣應用是紡織工業實現現代化的重要手段。一些全新的紡紗技術如無錠紡紗、氣流紡紗、自動絡紗等的采用，使紡織工業的生產效率、產品質量、勞動強度與勞動環境等得到很大的改善。例如，環錠紡紗機被廣泛采用以來，經過不斷的研究改進，現已達到相當的水平。而且所紡出的紗線原料適應性強，適紡品種廣泛，成紗結構緊密，強力較高。因此，環錠紡紗在現今紡紗方法中仍占有很重要的地位。但因為加捻卷繞的主要機件鋼絲圈速度進一步提高將造成大量斷頭，這就限制了錠速進一步提高，影響了環錠紡紗機產量的增長，因而促進了對新型紡紗方法的研究。如無錠紡紗、轉杯紡紗等新型紡紗方法的加捻與卷繞機構分開，取消了錠子、鋼絲圈等加捻機件，從而開創了紡紗技術的新紀元。

新型紡紗的主要特點是產量高、卷裝容量大、工藝流程短。

3.織造技術的發展趨勢　20世紀80年代以來，紡織機電一體化成為促進紡織工業發展的主要力量，直接推動了紡織技術向生產過程自動化邁進，實現紡織業由勞動密集型向技術密集型轉變。例如，從19世紀中期起，領先的織機設計者就開始拋棄傳統的梭子引緯原理，試制直接從固定安裝的大卷裝筒子上抽取緯紗，不用梭子和緯管而采用其他引緯器件把緯度紗引入梭口的織機，我們將這種不用笨重的梭子的織機稱為無梭織機，它主要包括噴氣、噴水、劍桿、片梭四種類型的織機。20世紀中期以來，已出現多梭口織機，這種織機采用多個梭口，同時引入多根緯紗，從而實現了連續引緯、連續開口、連續打緯的工藝路線。我們把這些織機統稱為新型織機。

新型織機的發展速度很快，幾乎每年都有新機型推出。新型織造方法主要體現在引緯方式的改進，可以說新型引緯方式的發展記載了新型織機初期發展的歷史。如使用噴氣引緯的噴氣織機、使用水流引緯的噴水織機、使用劍桿引緯的劍桿織機，還片梭織機、多相織機等。這些新型織機在織造技術的發展中起了主流作用，它們代表了織造技術的發展趨勢和發展方向。

（1）無梭織機替代有梭織機是世界織機發展的總體趨勢。有梭織機具有噪音大、車速低、生產率不高、織機質量差、機物料消耗多、工人勞動強度大、用工多、安全性不好等缺點，而新型織機所使用的載緯器或載緯介質不僅體積小，而且重量輕，從而為采用小開口高度、短打緯動程的織造工藝創造了條件。而采用輕小的載緯器件、小開口、短打緯又為實現闊幅、高速、低噪音、節省機物料消耗創造了條件，這正是新型織機得以迅速發展的內在原因。

（2）機電一體化是織機發展的必然趨勢。所謂機電一體化，是指機械、微電子和信息技術為實現機器整體最優化而進行的有機融合。從國際紡織機械展覽會參展情況看，各類織機以普遍應用電子技術，如電子測長儲緯、電子送經、電子卷取、電子提花開口、故障電子顯示等；計算機也已普遍應用于紡織中，如噴氣織機的氣量自動適應系統、故障自我診斷系統、產量等自行統計系統、花紋圖案和織造工藝參數設定的專家設計控制系統等；機械手在織機中也有應用，如緯紗斷自停處理系統。織機實現機電一體化，至少有下面幾個方面的優點。

①拓寬了織機的功能。機電一體化使織機具有記憶、存儲、計算、數據處理的功能，可以實行織機自我測試、自我報警，提高了自動化程度，改善了勞動條件，降低了工人的勞動強度。

②增強了織機的靈活性和應變能力。在不改變或少改變機機械結構的條件下，只需改變電路板或程序，即可改變織造工藝和產品品種，增加了對市場變化的快速應變能力。

③提高了織機的可靠性。采用大規模集成電路，減少了電子器件的外圍連接，降低了故障率。再加上故障自我診斷處理功能等，提高了織機運行的可靠性。

④創造了現代化管理的條件。由于機電一體化具有數據處理功能，為實現現代化管理提供了準確和及時的數據。再加上單織機計算機與上級計算機聯網，便可實現分級監控和管理，組成具有相當規模的現代化控制管理系統。

（3）連續引緯前景十分廣闊。多梭口織機同噴氣、噴水、片梭、劍桿等無梭織機的引緯原理有很大差異，多梭口織機摒棄了后者的斷續引緯原理，實現了連續化的引緯，從而開創了一條低速高產之路。盡管尚缺乏大規模工業化生產的經驗，但它具有十分廣闊的應用前景。

4.針織技術的發展趨勢　從1589年第一臺手動式粗針距襪機發明以來，針織機械在400多年間，經歷了從無到有、從簡單到復雜、從單一機種到近代各種針織機種的雛形的緩慢發展過程。

針織工業是紡織行業中起步比較晚的行業。針織由家庭手工編織轉入正式工業化生產是在近百年內實現的，特別是20世紀50年代以后針織工業的發展速度更為驚人。針織工業的飛速發展表現在以下幾個方面：

（1）針織設備的進步。20世紀50年代末，特別是60年代以后，化學纖維工業的飛速發展促進了針織機械的飛速發展，國際上出現了各種非常先進的新型圓緯機、經編機、橫機和襪機。70年代以后，在各種針織設備上開始引用近代科學技術的成就，如強氣流、光電和微電子技術等。進入80年代，計算機、氣流等現代科技成果在針織設備上得到了迅速廣泛的應用。因而針織企業目前大都擁有外形精美、制造精密且織造能力和提花能力較強的針織設備。

隨著現代科技成就的綜合應用，針織設備將向著機構高級化、操作簡單化的方向邁進，包括提升針織裝備智能化水平、提升生產和管理智能化水平。在針織裝備中引入信息技術，通過嵌入傳感器、軟件控制系統、人機交互系統及其他信息元器件，利用先進制造技術，形成信息技術與針織設備的數字化、智能化融合，開發具備數字通信、感知、分析、推理、決策和控制功能的智能化針織設備，加強智能設備的推廣應用，涉及針織織造生產過程、針織染整生產過程、針織成衣生產過程等全生產流程。

（2）新原料的使用。化學纖維工業的發展，各種新型纖維和新花式紗線的涌現，為針織新產品的開發提供了豐富的原料，也為針織工業的發展開辟了廣闊的天地。

（3）印染后整理新技術的應用。化學整理新助劑的問世和印染后整理新技術的開發，豐富了針織品的花色品種，美化了針織物外觀，而且進一步改善了針織物的力學性能和服用性能，極大地提高了織物質量，賦予了針織物各種特殊的功能。同一種坯布經不同的染色、印花、整理可生產千百種具有截然不同外觀的織物。針織物的整理過程越完整，其性能就越好。

（4）針織物產量、品種的增加。針織工業的迅猛發展突出地表現在其產量、質量、花色品種等方面。據國家統計局統計數據顯示，我國針織服裝產量從2005年的76.64億件增長至2013年的131.77億件。2013年我國針織服裝行業產量居前三位的省份為廣東省290810.5萬件、江蘇省218435.4萬件、浙江省212724.2萬件，分別占針織服裝行業全國總產量比重為22.07%、16.58%、16.14%，三地合計占全國比重為54.79%。2015年，全國規模以上針織企業戶數為5739戶，其主營業務收入為7172.58億元，與2011年相比累計增長24.42%，年均復合增長率為5.61%；利潤總額為398.36億元，比2011年增長38.25%，年均復合增長率為8.43%。

從品種方面看，現代的針織品不僅沖破了傳統的襪子、內衣、手套三類產品的范圍，還超越了衣飾用的范疇，擴展到室內裝飾、工農業制品、醫療用品等多個方面。

從針織服裝產品的發展趨勢看，已經由毛、麻、棉、絲、化纖針織服裝發展到天絲、莫代爾、竹纖維、木纖維、大豆蛋白纖維、功能纖維等多元針織原料并存的時代，穿著季節也已發展到內衣外套并存，一年四季皆宜的時代。

針織工業有著廣闊的發展前景，針織新技術、新產品將不斷涌現，針織設備將向更合理、更有效的方向發展。隨著現代科技的發展，針織工業將產生新的飛躍。

5.染整技術的發展趨勢　染整行業是一個競爭很強、技術含量較高、附加價值較大的行業。進入21世紀以來，隨著經濟一體化進程的加快以及微電子技術、信息技術、化工技術等與染整技術相關的技術發展，染整行業更加向著資金密集型、技術密集型發展。在今后相當長的一段時間內，染整技術同時會向著小批量、多品種、短周期、快交貨以及應變市場、生態平衡、綠色環保、節能降耗、增加功能、提高檔次、成本控制的方向發展。

（1）無水或少水的染整加工技術。地球上可利用的淡水僅占總水量的0.6%，而印染是用水量很大的行業，約占整個紡織行業的80%，每生產10000m印染布，耗水量約為250～400m3。用水量大，則染料、助劑、蒸汽、電力等能量的消耗就大，同時造成印染廢水的排放量就大。所以要大力開發應用以下染整技術。

①合并工藝。縮短工藝流程的工藝，如短流程前處理工藝、染色—整理一浴法工藝等。

②低浴比染整技術。如超臨界二氧化碳退漿和染色技術、筒子紗半缸水染色技術、噴霧低給液技術、泡沫染整技術等。

③涂料印花、涂料染色工藝。在涂料印花方面要開發應用能低溫固著、堅牢度高而手感柔軟、耐化學藥劑、覆蓋性能優良的不同性能黏合劑；涂料染色方面要解決手感硬、黏輥筒、耐摩擦及耐刷洗牢度差等問題。

④轉移印花技術。要開發應用除滌綸、錦綸織物外的棉纖維織物等天然纖維的轉移和冷轉移印花技術。

⑤其他。如低給液染色技術、非水介質染色技術等。

（2）有利于環境保護的染整加工技術。

①無堿退煮漂工藝（生物降解退煮漂工藝）。

②清潔生產新技術。

③生物降解整理技術。

④無醛后整理技術。

⑤無煤油涂料印花技術。

（3）高級整理加工技術。

①天然纖維高檔后整理技術。

②化纖仿真整理技術。

③納米阻燃、防水、防污、抗菌整理技術。

（4）節能技術。

①冷堆漂白技術。

②冷軋堆染色技術。

③定形機廢氣熱能回收技術。

④染整廢熱水回收技術。

⑤印染太陽能熱水技術。

（5）其他前沿的染整新技術。

①色彩數碼通信新技術。

②計算機輔助設計生產的CAD/CAM技術、測色配色技術、分色制版技術。

③激光數碼刻網技術。

④噴墨印花技術。

⑤數字化網點印花技術。

⑥超聲波染色技術。

⑦前處理的等離子體處理技術。

⑧多種纖維、復合纖維及新開發化纖的染整技術。

⑨一次性染色成功技術。

⑩針織物平幅連續加工技術。

微膠囊染色技術。

（6）智能化印染生產技術和裝備。建立智能化印染連續生產車間和數字化間歇式染色車間，具有印染生產工藝在線采集、智能化配色及工藝自動管理、染化料中央配送、半制品快速檢測等系統，實現生產執行管理MES系統、計劃管理ERP系統及現場自動化SFC系統的集成應用，從單一裝備的數控化向整體工廠的智能化轉變。

（7）新型印染設備。開發生產新型印染生產線數字化監控系統，數控化印染主機裝備包括經軸染色與物流系統、數控超大花回圓網印花機、全幅寬固定式噴頭高速數碼噴墨印花裝備等。