第三节　纺织技术及其发展趋势

一、纺织技术

纺织工程的任务是以纺织纤维为原料，经过各类纺织加工过程，生产形形色色的纺织最终产品。根据生产加工与产品流通的过程（图1-1），纺织工业主要包括纺织原料的生产、纺纱、织造、染整（非织造产品主要为后整理）等重要环节，并形成纺织产品流向服装用、装饰用、产业用三大终端应用。

因此，纺织工程主要涉及以下几方面的核心知识与技术。

1.纺织纤维　纺织纤维是构成纺织品的最小、最基本的单元，也是最主要的纺织材料（一般将用以加工制成纺织品的纺织原料、纺织半成品以及成品统称为纺织材料，包括各种纤维、纱线、织物等）。纺织纤维通常按纤维的来源分为天然纤维和化学纤维两大类。凡是自然界原有的，或从经人工培植的植物中、人工饲养的动物中获得的纺织纤维称为天然纤维。根据它的生物属性又可分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维。凡用天然的或合成的高聚物为原料，主要经过化学方法加工制造出来的纺织纤维称为化学纤维，简称化纤。按原料、加工方法和组成成分的不同，化学纤维又可分为再生纤维、合成纤维和无机纤维。

2.纺纱技术　纺纱技术就是以各种纺织纤维，通过纤维的集合、牵伸、加捻而纺成纱线，以供织造使用。把纺织纤维制成纱线的过程称为纺纱工程。因采用的纤维种类不同，其生产设备、生产流程也有所不同，从而分为棉纺、毛纺、麻纺和绢纺四大专门的纺纱工程。由棉、毛、麻等天然短纤维或由废丝切成的丝短纤维和化纤短纤维，要经过开松、梳理、集合成条带状，再经牵伸加捻纺成纱线，称为短纤纱。

3.机织技术　由相互垂直排列的经纱系统和纬纱系统，在织机上按照一定的组织规律交织而成的纺织制品，称为机织物。由纺纱工程而得的纱或线织制成机织物的过程，称为机织工程。

在整个机织工程中，包括了经、纬纱系统的准备工作和经、纬纱系统的织造两大部分。在织机上，经纱系统从机后的织轴上送出，经后梁、停经片、综丝和钢筘，与纬纱系统交织形成织物，由卷取辊牵引，经导辊而卷绕到卷布辊上。而机织物在织造过程中，包括了开口（将经纱分为上下两层，形成梭口）、引纬（把纬纱引入梭口）、打纬（将纬纱推向织口）、送经和卷取（织轴送出经纱，织物卷离形成区）五大运动的作用。

4.针织技术　针织是利用织针把纱线弯成线圈，然后将线圈相互串套而成为针织物的一门工艺技术。根据编织方法的不同，针织生产可分为纬编和经编两大类，针织物也相应地分为纬编针织物和经编针织物两大类。纬编针织物和经编针织物由于结构不同，在特性和用途等方面也有一些差异。

5.非织造技术　非织造布是一种不需要纺纱织布而形成的织物，是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热黏或化学等方法加固而成。非织造技术直接利用高聚物切片、短纤维或长丝通过各种纤网成形方法和固结技术形成具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。非织造产品可应用与航空航天、环保治理、农业技术、医疗保健及人们日常生活等众多领域。

6.染整技术　纺织物除了满足人们的衣着及其他日常生活外，还大量地用于工农业生产、国防、医药、装饰材料等各个领域。纺织物除极少数供消费者直接使用外，绝大多数都要经过染整加工，制成美观大方、丰富多彩的漂白、染色、印花用品。

纺织物染整加工是纺织物生产的重要工序，它可以改善纺织物的外观和服用性能，或赋予纺织物某些特殊功能，从而提高纺织物的附加价值，美化人们的生活，满足各行业对纺织品不同性能和功能的要求。当前纺织物发展的总趋势是向精加工、深加工、高档次、多样化、时新化、装饰化、功能化等方向发展，并以增加纺织物的附加价值和档次、功能为提高经济效益的手段。

7.纺织产品　纺织产品是人们日常生活的必需品，种类繁多，用途广泛。人们头上、身上、手上、脚上穿戴的都离不开纺织品。现代纺织产品不但外护人们肢体，而且还可以内补脏腑。既能上飞重霄，又能下铺地面。有的薄如蝉翼，有的轻如鸿毛，坚者超过铁石，柔者胜似橡胶。把这众多的纺织品区以门类则是纱线类、绳带类、机织物、针织物、非织造布、编织物等。

本书重点按照上述核心知识与技术展开介绍和讨论。

二、纺织技术的发展趋势

从纺织业的发展历史上看，纺织工业开创了世界的大工业化时代。未来纺织工程技术的发展也必将与世界科技革命和随之而来的信息技术革命相一致，以更快的速度向前发展。在近代二百多年的纺织科技发展历史中，纺织工程技术的发展经历了四次伟大的变革：第一次变革是18世纪中叶，主要标志是纺织生产工具的革命，如纺纱机、动力织机的诞生等；第二次变革是在19世纪中叶，主要标志是电力在纺织工业中的广泛应用；第三次变革是20世纪初，主要标志是化学纤维的发展；第四次变革是在20世纪中叶，主要标志是以计算机技术带头的电子技术、生物工程、光纤通信、海洋开发、空间技术、激光技术、新材料技术和新能源技术的广泛应用，使整个纺织科技领域发生了翻天覆地的变化。20世纪80年代以来，由于电子技术和计算机技术的广泛应用，国际纺织技术向优质、高产、自动化、连续化方向迅速发展。依靠电子信息技术改造传统的纺织工业，必将使纺织生产力发展迈上一个新的台阶。到2015年，主要纺织机械产品30%以上达到同期国际先进技术水平，其中纺纱机械、化纤机械等主要产品达50%以上。“十二五”规划期间，纺织行业紧密围绕纺织工业结构调整和产业升级，加快各类高端纺织装备的研发制造和产业化，包括：高新技术纤维成套工艺技术装备，功能性差别化纤维成套工艺技术装备，全流程智能型纺织自动化生产线，高性能纺纱和织造设备，产业用预成型智能织造装备，新型非织造布成套装备，绿色环保低碳纺织机械产品，高端纺织技术装备专用基础件等。提升传统纺织机械的生产效率和自动控制水平，增强产品可靠性。加强纺织机械企业的技术改造，提高“两化”融合水平，促进纺织机械企业的工艺技术进步和提高机床数控化率。

1.纺织纤维的发展趋势　纺织工业是加工工业，纺织产品的质量、品种、生产效率、产品成本、市场竞争力在很大程度上取决于纤维原料的质量和品种。随着全球化纤生产进一步向中国转移，中国已经成为世界最大的化纤生产国。中国化纤产量占据全球总量的60%以上。我国化纤工业持续快速发展，综合竞争力明显提高，全面完成了规划的各项目标任务，有力推动和支撑了纺织工业和相关产业的发展，在世界化纤产业中的地位与作用进一步提升。

随着化学纤维产品性能提高及使用量的增加，对棉、毛、麻、丝等传统天然纤维进行了不同的改性加工，提高了纤维的性能，并且开发了彩色棉、罗布麻、大麻、竹原纤、树皮等新的天然纤维。不同纤维原料经过混合、复合、变形、纺织及后整理加工，取长补短，生产出品类繁多的纺织新产品。随着纤维品种的不断发展，多种纤维原料的混纺、交织已成为纺织品生产和纺织染整工艺技术的发展趋势。

（1）天然纤维。天然纤维是由自然界直接取得的纤维，包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维。

①植物纤维。包括由植物种籽上获得的纤维，如棉、木棉等；由植物果实上获得的纤维，如椰子纤维等；由植物茎杆韧皮中获得的纤维，如苎麻、亚麻、黄麻、槿麻、大麻、苘麻、罗布麻等；由植茎杆鞘壳中获得的纤维，如棕榈鬓等；由植物叶中获得的纤维，如剑麻、蕉麻、凤梨麻（菠萝麻）等。这些纤维的主要组成物质是纤维素，又称天然纤维素纤维。

②动物纤维。包括由动物披被的毛发中取得的纤维，羊毛、山羊绒、骆驼绒、兔毛、牦牛毛、骆马毛等；由昆虫腺分泌物取得的纤维，如桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木著蚕丝等。这些纤维主要组成物质都是蛋白质，又称天然蛋白纤维。

③矿物纤维。包括各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等。这些纤维的主要组成物质都是无机的金属硅酸盐类，又称天然无机纤维。

由于生物技术的广泛应用，天然纤维的新品种不断出现，如彩色棉花、可纺竹纤维以及改性蛋白纤维等，它对纺织工业的发展赋予了新的活力。就天然纤维在纺织产品的应用而言，它属于“绿色”纺织品范畴，是纺织材料发展方向之一。

（2）化学纤维。化学纤维是指由人工加工制造而成的纤维状物体，它包括有机纤维和无机纤维，有机纤维又包括再生纤维和合成纤维。

①再生纤维。由天然聚合物或失去纺织加工价值的纤维原料，经人工溶解或熔融再抽丝制成的纤维。包括再生纤维素纤维，如黏胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维等；蛋白质纤维，包括各种天然蛋白质产品经提纯、溶解、抽丝制成的纤维，如牛奶蛋白纤维、大豆蛋白纤维等；人造特种有机化合物纤维，如甲壳素纤维、海澡胶纤维等。

②合成纤维。由天然小分子化合物经人工合成有机聚合物后，再溶解或熔融成液体后抽成的纤维。它们又可按组成物质区分为聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）等。

目前，化学纤维已成为国际纺织生产中的主体原料，化学纤维的品质、性能已取得了重大进展，它更能体现纺织生产技术的发展水平，也符合社会经济发展的需要。化学纤维的仿真技术、功能整理技术、纺织品产业应用技术成为纺织品开发研究的新课题，并且已经取得突破性进展。

2.纺纱技术的发展趋势　纺织新技术新工艺的推广应用是纺织工业实现现代化的重要手段。一些全新的纺纱技术如无锭纺纱、气流纺纱、自动络纱等的采用，使纺织工业的生产效率、产品质量、劳动强度与劳动环境等得到很大的改善。例如，环锭纺纱机被广泛采用以来，经过不断的研究改进，现已达到相当的水平。而且所纺出的纱线原料适应性强，适纺品种广泛，成纱结构紧密，强力较高。因此，环锭纺纱在现今纺纱方法中仍占有很重要的地位。但因为加捻卷绕的主要机件钢丝圈速度进一步提高将造成大量断头，这就限制了锭速进一步提高，影响了环锭纺纱机产量的增长，因而促进了对新型纺纱方法的研究。如无锭纺纱、转杯纺纱等新型纺纱方法的加捻与卷绕机构分开，取消了锭子、钢丝圈等加捻机件，从而开创了纺纱技术的新纪元。

新型纺纱的主要特点是产量高、卷装容量大、工艺流程短。

3.织造技术的发展趋势　20世纪80年代以来，纺织机电一体化成为促进纺织工业发展的主要力量，直接推动了纺织技术向生产过程自动化迈进，实现纺织业由劳动密集型向技术密集型转变。例如，从19世纪中期起，领先的织机设计者就开始抛弃传统的梭子引纬原理，试制直接从固定安装的大卷装筒子上抽取纬纱，不用梭子和纬管而采用其他引纬器件把纬度纱引入梭口的织机，我们将这种不用笨重的梭子的织机称为无梭织机，它主要包括喷气、喷水、剑杆、片梭四种类型的织机。20世纪中期以来，已出现多梭口织机，这种织机采用多个梭口，同时引入多根纬纱，从而实现了连续引纬、连续开口、连续打纬的工艺路线。我们把这些织机统称为新型织机。

新型织机的发展速度很快，几乎每年都有新机型推出。新型织造方法主要体现在引纬方式的改进，可以说新型引纬方式的发展记载了新型织机初期发展的历史。如使用喷气引纬的喷气织机、使用水流引纬的喷水织机、使用剑杆引纬的剑杆织机，还片梭织机、多相织机等。这些新型织机在织造技术的发展中起了主流作用，它们代表了织造技术的发展趋势和发展方向。

（1）无梭织机替代有梭织机是世界织机发展的总体趋势。有梭织机具有噪音大、车速低、生产率不高、织机质量差、机物料消耗多、工人劳动强度大、用工多、安全性不好等缺点，而新型织机所使用的载纬器或载纬介质不仅体积小，而且重量轻，从而为采用小开口高度、短打纬动程的织造工艺创造了条件。而采用轻小的载纬器件、小开口、短打纬又为实现阔幅、高速、低噪音、节省机物料消耗创造了条件，这正是新型织机得以迅速发展的内在原因。

（2）机电一体化是织机发展的必然趋势。所谓机电一体化，是指机械、微电子和信息技术为实现机器整体最优化而进行的有机融合。从国际纺织机械展览会参展情况看，各类织机以普遍应用电子技术，如电子测长储纬、电子送经、电子卷取、电子提花开口、故障电子显示等；计算机也已普遍应用于纺织中，如喷气织机的气量自动适应系统、故障自我诊断系统、产量等自行统计系统、花纹图案和织造工艺参数设定的专家设计控制系统等；机械手在织机中也有应用，如纬纱断自停处理系统。织机实现机电一体化，至少有下面几个方面的优点。

①拓宽了织机的功能。机电一体化使织机具有记忆、存储、计算、数据处理的功能，可以实行织机自我测试、自我报警，提高了自动化程度，改善了劳动条件，降低了工人的劳动强度。

②增强了织机的灵活性和应变能力。在不改变或少改变机机械结构的条件下，只需改变电路板或程序，即可改变织造工艺和产品品种，增加了对市场变化的快速应变能力。

③提高了织机的可靠性。采用大规模集成电路，减少了电子器件的外围连接，降低了故障率。再加上故障自我诊断处理功能等，提高了织机运行的可靠性。

④创造了现代化管理的条件。由于机电一体化具有数据处理功能，为实现现代化管理提供了准确和及时的数据。再加上单织机计算机与上级计算机联网，便可实现分级监控和管理，组成具有相当规模的现代化控制管理系统。

（3）连续引纬前景十分广阔。多梭口织机同喷气、喷水、片梭、剑杆等无梭织机的引纬原理有很大差异，多梭口织机摒弃了后者的断续引纬原理，实现了连续化的引纬，从而开创了一条低速高产之路。尽管尚缺乏大规模工业化生产的经验，但它具有十分广阔的应用前景。

4.针织技术的发展趋势　从1589年第一台手动式粗针距袜机发明以来，针织机械在400多年间，经历了从无到有、从简单到复杂、从单一机种到近代各种针织机种的雏形的缓慢发展过程。

针织工业是纺织行业中起步比较晚的行业。针织由家庭手工编织转入正式工业化生产是在近百年内实现的，特别是20世纪50年代以后针织工业的发展速度更为惊人。针织工业的飞速发展表现在以下几个方面：

（1）针织设备的进步。20世纪50年代末，特别是60年代以后，化学纤维工业的飞速发展促进了针织机械的飞速发展，国际上出现了各种非常先进的新型圆纬机、经编机、横机和袜机。70年代以后，在各种针织设备上开始引用近代科学技术的成就，如强气流、光电和微电子技术等。进入80年代，计算机、气流等现代科技成果在针织设备上得到了迅速广泛的应用。因而针织企业目前大都拥有外形精美、制造精密且织造能力和提花能力较强的针织设备。

随着现代科技成就的综合应用，针织设备将向着机构高级化、操作简单化的方向迈进，包括提升针织装备智能化水平、提升生产和管理智能化水平。在针织装备中引入信息技术，通过嵌入传感器、软件控制系统、人机交互系统及其他信息元器件，利用先进制造技术，形成信息技术与针织设备的数字化、智能化融合，开发具备数字通信、感知、分析、推理、决策和控制功能的智能化针织设备，加强智能设备的推广应用，涉及针织织造生产过程、针织染整生产过程、针织成衣生产过程等全生产流程。

（2）新原料的使用。化学纤维工业的发展，各种新型纤维和新花式纱线的涌现，为针织新产品的开发提供了丰富的原料，也为针织工业的发展开辟了广阔的天地。

（3）印染后整理新技术的应用。化学整理新助剂的问世和印染后整理新技术的开发，丰富了针织品的花色品种，美化了针织物外观，而且进一步改善了针织物的力学性能和服用性能，极大地提高了织物质量，赋予了针织物各种特殊的功能。同一种坯布经不同的染色、印花、整理可生产千百种具有截然不同外观的织物。针织物的整理过程越完整，其性能就越好。

（4）针织物产量、品种的增加。针织工业的迅猛发展突出地表现在其产量、质量、花色品种等方面。据国家统计局统计数据显示，我国针织服装产量从2005年的76.64亿件增长至2013年的131.77亿件。2013年我国针织服装行业产量居前三位的省份为广东省290810.5万件、江苏省218435.4万件、浙江省212724.2万件，分别占针织服装行业全国总产量比重为22.07%、16.58%、16.14%，三地合计占全国比重为54.79%。2015年，全国规模以上针织企业户数为5739户，其主营业务收入为7172.58亿元，与2011年相比累计增长24.42%，年均复合增长率为5.61%；利润总额为398.36亿元，比2011年增长38.25%，年均复合增长率为8.43%。

从品种方面看，现代的针织品不仅冲破了传统的袜子、内衣、手套三类产品的范围，还超越了衣饰用的范畴，扩展到室内装饰、工农业制品、医疗用品等多个方面。

从针织服装产品的发展趋势看，已经由毛、麻、棉、丝、化纤针织服装发展到天丝、莫代尔、竹纤维、木纤维、大豆蛋白纤维、功能纤维等多元针织原料并存的时代，穿着季节也已发展到内衣外套并存，一年四季皆宜的时代。

针织工业有着广阔的发展前景，针织新技术、新产品将不断涌现，针织设备将向更合理、更有效的方向发展。随着现代科技的发展，针织工业将产生新的飞跃。

5.染整技术的发展趋势　染整行业是一个竞争很强、技术含量较高、附加价值较大的行业。进入21世纪以来，随着经济一体化进程的加快以及微电子技术、信息技术、化工技术等与染整技术相关的技术发展，染整行业更加向着资金密集型、技术密集型发展。在今后相当长的一段时间内，染整技术同时会向着小批量、多品种、短周期、快交货以及应变市场、生态平衡、绿色环保、节能降耗、增加功能、提高档次、成本控制的方向发展。

（1）无水或少水的染整加工技术。地球上可利用的淡水仅占总水量的0.6%，而印染是用水量很大的行业，约占整个纺织行业的80%，每生产10000m印染布，耗水量约为250～400m3。用水量大，则染料、助剂、蒸汽、电力等能量的消耗就大，同时造成印染废水的排放量就大。所以要大力开发应用以下染整技术。

①合并工艺。缩短工艺流程的工艺，如短流程前处理工艺、染色—整理一浴法工艺等。

②低浴比染整技术。如超临界二氧化碳退浆和染色技术、筒子纱半缸水染色技术、喷雾低给液技术、泡沫染整技术等。

③涂料印花、涂料染色工艺。在涂料印花方面要开发应用能低温固着、坚牢度高而手感柔软、耐化学药剂、覆盖性能优良的不同性能黏合剂；涂料染色方面要解决手感硬、黏辊筒、耐摩擦及耐刷洗牢度差等问题。

④转移印花技术。要开发应用除涤纶、锦纶织物外的棉纤维织物等天然纤维的转移和冷转移印花技术。

⑤其他。如低给液染色技术、非水介质染色技术等。

（2）有利于环境保护的染整加工技术。

①无碱退煮漂工艺（生物降解退煮漂工艺）。

②清洁生产新技术。

③生物降解整理技术。

④无醛后整理技术。

⑤无煤油涂料印花技术。

（3）高级整理加工技术。

①天然纤维高档后整理技术。

②化纤仿真整理技术。

③纳米阻燃、防水、防污、抗菌整理技术。

（4）节能技术。

①冷堆漂白技术。

②冷轧堆染色技术。

③定形机废气热能回收技术。

④染整废热水回收技术。

⑤印染太阳能热水技术。

（5）其他前沿的染整新技术。

①色彩数码通信新技术。

②计算机辅助设计生产的CAD/CAM技术、测色配色技术、分色制版技术。

③激光数码刻网技术。

④喷墨印花技术。

⑤数字化网点印花技术。

⑥超声波染色技术。

⑦前处理的等离子体处理技术。

⑧多种纤维、复合纤维及新开发化纤的染整技术。

⑨一次性染色成功技术。

⑩针织物平幅连续加工技术。

微胶囊染色技术。

（6）智能化印染生产技术和装备。建立智能化印染连续生产车间和数字化间歇式染色车间，具有印染生产工艺在线采集、智能化配色及工艺自动管理、染化料中央配送、半制品快速检测等系统，实现生产执行管理MES系统、计划管理ERP系统及现场自动化SFC系统的集成应用，从单一装备的数控化向整体工厂的智能化转变。

（7）新型印染设备。开发生产新型印染生产线数字化监控系统，数控化印染主机装备包括经轴染色与物流系统、数控超大花回圆网印花机、全幅宽固定式喷头高速数码喷墨印花装备等。