纺织科学

更新时间:2020-12-31 11:10 作者:老哥论坛

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  纺织作为一门技术科学,研究的对象是纤维集合体和加工中所使用的机械(物理、力学的)和化学方法。人们为了生活,第一要吃饭,第二要穿衣。自古以来,除了裘、革之外,几乎所有的衣料都是纺织品。作为一门生产,狭义的纺织是指纺纱和织造;广义的纺织则还把原料初加工、缫丝、染、整,以至化学纤维生产都包括在内。纺织产品,除了供衣着之外,也供观赏、包装等用。在现代,还用于家庭装饰,工农业生产,医疗、国防等方面。解决纺织生产实践问题的方法和技艺就是纺织技术。而人们在此基础上所掌握的基本规律的体系则构成纺织科学。

  在人类历史上,纺织生产是差不多和农业同时开始的。纺织生产的出现,可以说是人类脱离“茹毛饮血”的原始时代,进入文明社会的标志之一。人类的文明史,从一开始便和纺织生产以及在此基础上产生的纺织技术和纺织科学紧密地联系在一起。纺织生产出现以后,在很长的历史时期内,一直作为农业的副业而存在。纺织科学也是与农学同时产生和发展的,只是主要靠言传身教,文字资料并不很多。因此,纺织科学和农学一样,由于诞生得早,在整个人类文化中处于特殊的地位。这种地位,在形成文字较早的民族,如中国汉族,可以从词汇的形成过程看出其梗概。在汉语中存在着大量来源于纺织的词汇。有的起源非常古远,有的几经辗转引伸,粗看已不易发现这种渊源关系,但涉及面却十分广泛。例如,在殷商甲骨文中,“纟”旁的字有100多个;东汉的《说文解字》中收有“纟”旁的字267个,“巾”旁的字75个,“衣”旁的字120多个,都直接或间接与纺织有关。在现代汉语中,不管是各学科术语,还是日用的形容词、副词、抽象名词以至成语,都有许多从纺织术语借用过来的字或词。如“综合分析”、“组织机构”、“成绩”、“纰漏”、“青出于蓝”、“笼络人心”、“余音绕梁”,等等。这里,“分析”、“成绩”导源于纺麻;“综合”、“机构”、“组织”、“纰漏”导源于织造;“络”和“绕”导源于编结和缫丝;“青”和“蓝”导源于植物染料染色。

  纺织生产技术是世界各族人民长期共同创造和经验积累的产物。世界三大文明发祥地对于开发主要纺织原料及其加工技术,都有其突出的贡献:地中海南岸和东岸首先广泛利用亚麻和羊毛。出土文物表明,大约在公元前4000年埃及已经生产各种亚麻织物。伊拉克地区曾出土同一时期用于羊毛交易的印记。东部和南部亚洲首先广泛利用丝、麻和棉。中国曾出土公元前2700余年的丝织品。和苎麻也首先在中国广泛种植。南亚次大陆曾出土公元前3000年的棉制品。中美洲和南美洲北部今墨西哥和秘鲁地区,在史前时期已开始生产棉织物和毛织物。人类进入阶级社会之后,纺织生产一直是统治阶级立国的基础之一。中国很早就有“天子躬耕、皇后亲蚕”──提倡农耕和纺织的传统。纺织品还一直是国家主要的实物贡赋之一。在近代历史上,第一次“产业革命”是从纺织行业开始的。从此开创了大工业的时代。现代工业发达国家几乎都是以发展纺织工业来积累资本,实现资本主义工业化的。社会主义国家,尽管在一个时期实行优先发展重工业的政策,但纺织仍是一个重要的经济部门。以中国为例,在1980年,纺织生产总值占全国工业总产值的13.4%,上交的税金和企业的利润占全年财政总收入的14.8%,不仅保证了全国10亿人民的衣着需要,而且为国家建设作出了重大贡献。

  经过漫长的历史发展,到20世纪80年代初,全世界每年生产的纺织原料约有3000万吨,其中棉花和化学纤维大约各占一半。麻、毛、丝所占的份额不大,但是各具特殊的使用价值,受到人们的喜爱。纺织生产能力以占主导地位的棉纺设备为例,已达到1.5亿锭,供应着40多亿人口的衣着和其他各种需要。但是,就纺织科学而言,尽管其历史悠久,还存在一系列的课题,有待进一步研究。

  纺织生产技术在历史上经历了两次重大的突破:第一次是手工纺织机器的全面形成;第二次是与完善的工作机构的发明相联系的大工业的开始。

  人类在原始社会阶段已开始有简单的纺织生产:采集野生的纺织纤维,搓绩编织以供服用。经过几千年实践经验的积累,随着农、牧业的发展,人工培育的纺织原料逐步增多,所用工具也由简单到复杂,经过一物多用的组合工具阶段,慢慢演化出具有原始工作机构和传动机构的机器,如缫车、纺车、织机等,成为人类历史上最早的一批机器。不过,这还是手工纺织机器,因为它是由人手(或脚)发动的,而且人手还须参与牵伸、引纬等加工动作。这些机器的形成和配套,使纺织生产的产量、质量和劳动生产率大为提高。这是纺织生产技术的第一次飞跃。世界各民族中出现这次飞跃的时间有先有后。较早的如中国,大约是在春秋、战国时期,即公元前500年左右,出土的汉代画像石生动地记录了手工机器的形象。较晚的如欧洲,大约在公元1200年前后。

  中国最晚到公元前1000多年的西周时,已有了官办的纺织作坊,而且内部已有细密的分工。蚕丝是当时中国特有的高级纺织原料。绕成大绞的束丝成了规格化的商品。丝织物在商代已织有几何花纹,到周代出现了较大花纹。出土的春秋、战国时期的丝织品有绢、纱、纺、縠、缟、纨、罗、绮、锦及刺绣等,都是用缫车、纺车、脚踏斜织机等工具和挑花、多综提花等技术制成的。从周代起,布、帛的幅宽和匹长都有了统一的标准。

  当时中亚以西各地人民为了获得中国丝绸,派遣商队跋涉万里来到中国,走出了一条闻名后世的“丝绸之路”,促进了东、西方人民之间纺织技术和文化、经济的交流。秦汉时,手工纺织机器已有很大发展。多综多蹑板和线综牵吊式的大型花织机,多色套板印花技术都已出现。中国纺织技术更多地通过邻近各国辗转外传。隋唐时期丝织继续发展,日常衣料广泛使用麻布。宋代出现了适于工场使用的麻纺多锭水转大纺车,还有提花大花楼机,说明当时城镇纺织手工作坊已很兴盛。南宋后期,内地种植一年生棉花的技术有了突破,经过元、明两代的推广,到明代棉布生产规模已经超过了麻布。工艺美术织物如南宋缂丝、元代织金锦、明代提花丝绒等精品相继出现。唐宋以来,随着海上交通的发展,中国与世界各地之间纺织产品和纺织技术的交流更为频繁。

  ③纱支自控:多锭纺纱车上有依靠砝码平衡纱条的张力以控制加拈时卷入纱条的纤维量,从而使纱的粗细保持稳定。

  ④以缩定拈:发明打线车(土法拈线机)根据纱线加拈后缩短的原理,以缩短量来判定加拈程度。

  ⑤人工程控:花楼织机上的花本是控制提经次序的程序。拉花工依次提拉线,经纱便会按预定要求开口,从而织出设计好的花纹。

  ⑥特殊织品:用彩色丝织成大提花的锦,早已成为美好事物的代称。用轻薄的纱织物制成的上衣,如马王堆汉墓出土的一件重量仅49克,南宋的一件不到17克。缂丝用文字书画作花纹,其欣赏价值几乎达到和超过原作的程度。

  ⑦缬染技艺:缬是古代防染印花技术。苗族传世的蜡缬品有自然的冰纹,具有特殊的美感。维吾尔族扎经缬,花纹带无级层次的晕,富有特色。

  ⑧特种整理:广东传世薯莨整理产品香云纱(见莨纱),不怕水,不贴身,是夏天或水上作业人员的良好衣料。

  ⑨劳动组织:中国自周代起已有规模巨大、分工细密的官营纺织染工场。唐代还按工艺或产品品种分设许多专门工场。

  手工纺织机器从诞生到完善经历了几千年的发展时期。16世纪以后,欧洲手工纺织机器开始有了较大的改进,出现了装有翼锭和筒管的手工纺车,到18世纪中,又有重大进步,发明了纺织机器的主要工作机构牵伸罗拉和飞梭机构,为近代大工业化纺织的出现准备了技术条件(见世界纺织史)。资本主义生产方式已在西欧占了重要地位,殖民地的占有,又使西欧国家有了丰富的纺织原料来源和广阔的市场。这些又为近代大工业化纺织的出现准备了经济条件。于是,在西欧的纺织行业中首先爆发了所谓“产业革命”,即由机器把工人的手从加工动作中初步解脱出来,逐步实现动力驱动的集中性的大工业生产方式。此后,各种纺织机械应运而生,使工人的操作水平和劳动生产率又一次大幅度提高。这是纺织生产技术的第二次飞跃。随着大工业的成熟,纺织科学也由手工业时期零散的,多少不成文的形式发展成为比较系统,比较深入的一门应用科学,或称技术科学。

  产业革命从西欧逐步扩展到美、日、俄等国。这些国家先后建设起庞大的纺织工业。例如英国人口不足5000万,棉纺锭数一度达到6000余万。纺织工业为这些国家的资本主义工业化积累了巨额资金。这些资金的快速积累,一是依靠雇佣大量廉价的女工和童工,以每天长达12小时的工作日艰苦劳动;二是靠把纺织产品向人口众多而技术落后的地区如中国和印度等国倾销。其结果是这些国家的手工业生产体系被逐步瓦解。

  中国的有识之士认识到必须“振兴实业,挽回利权”。于是,从19世纪70年代开始兴办近代化纺织工业,但是发展十分缓慢,而且几经挫折。1950年以后才开始出现转机,纺织工业得到有计划按比例高速度的发展。1981年比1949年,棉纺、毛纺设备分别增长了2.6和4.7倍。针织、制丝和麻纺设备也有巨大的增长。从无到有,从小到大地建设了自己的化学纤维工业和纺织机械制造业。到80年代初,在纺织原料中化学纤维已占20%。国家的成套机器设备武装了新建的纺织厂,而且还有200余万锭规模的棉纺织染整配套设备提供给第三世界各国。中国的纺织工业已经成为拥有430余万职工,5000余个企业的大行业。

  20世纪50年代以来,纺织学科有了重大的发展。核心内容方面,在纤维科学和高分子化学的基础上,形成了纺织材料学;在力学和机械学等的基础上,形成了纤维材料机械工艺学;在化学和纤维科学等的基础上,形成了纤维材料化学工艺学;在美学、几何学和生理学等的基础上,纺织品设计的内容愈加丰富。在边缘内容方面,许多基础科学和其他技术科学等与纺织实践紧密结合,形成了一些新的学科分支和发展方向:如历史学和经济学等应用于纺织发展研究,形成纺织史;数学中的数理统计、运筹学和优化理论已广泛用于纺织技术和生产;物理学和技术物理应用于纺织,促进了纺织仪器、纺织检测技术和自动控制技术的发展;化学应用于纺织,形成了染料和助剂化学,并促进了脱胶、制丝和浆料化学工艺的发展;机械学、电子学等应用于纺织,形成纺织机械设计原理、纺织机械制造、纺织机械自动化等;环境科学等应用于纺织,与各种纺织工艺学相结合,完善了纺织工厂设计,纺织工厂空气调节和纺织工厂环境治理等;管理科学应用于纺织,正在形成纺织工业管理工程等。按照工程对象,由于化学纤维的大量利用,原来棉、毛、丝、麻各类工艺学都在不断变化,逐步形成棉型、毛型、丝型、麻型等纺织工艺学,都各自有特殊的纤维初步加工、纺缫、织造、染整、产品设计……等一系列工艺原理和工艺技术。尽管相互间有许多共同之处,但各自的特性使它们正在形成很不相同的 4个独立分支学科。还有一个介于轻工和纺织之间的新兴边缘领域服装学,正在形成之中。纺织学科各分支成熟的程度各不相同。它们的内涵和外延在不断发展变化之中,有的内容彼此交叉,互相渗透。

  尽管如此,纺织生产中还是存在着人们已经认识的规律体系。把纤维原料加工成为衣料等用品,要满足耐用和美观两方面的要求。纺和织主要解决纤维的“取向”,即轴向排列问题,达到耐用的基本要求;染整则要改变纤维的表面和内部结构,主要达到美观的要求,也提高产品某些方面的性能。

  纺纱是完成纤维沿轴取向的过程。在纺纱之前,纤维原料经过初步加工,去除了杂质,但内部各根纤维相互间存在着一定的横向(左右并列)联系。如在棉花、羊毛、麻等纤维中尚有小范围的成束、成丛的状态,蚕茧中的丝呈8字形环状。纺成纱线之后,纤维必须尽可能伸直平行,而且大体上沿纱线轴线取向,并且首尾衔接形成纵向联系。经、纬两组纱线构成织物后,纤维就分别按织物的长度和宽度两个方向取向,也就是“纵横取向”。针织通过纱线的成圈串套过程,使其中的纤维也形成“纵横取向”,只不过是由同一组纱线形成的。织造除了取向之外,同时还带有艺术加工(织花)的因素。

  纺、缫,不管是古代原始方法,还是现代机械化的方法,都要经过破除纤维集合体原有的局部横向联系──称为“松解”,和建立新的沿轴取向的纵向联系──称为“集合”的过程。松解是集合的基础和前提,松解和集合都不是一次完成的。现代纺纱分为开松、梳理、牵伸、加拈4步。开松是将大的纤维块扯散成小块或小束。于是,横向联系的规模和范围缩小了。为以后进一步松解到单根状态创造条件。广义来说,麻的脱胶也是一种开松。梳理是在西欧发展起来的近代松解技术。梳理是将纤维小块或小束松解成单根状态,破除纤维间的横向联系,但还不能完全消灭,因为梳理是由大量梳针进行的,梳理后,纤维头尾大都呈弯钩状。所以,一根纤维内部两段之间仍存在着横向联系,而且纤维还有若干屈曲,各小段间还存在着某种横向联系。梳理后,纤维群已形成网状,再收成条子,便形成纤维间沿轴取向的纵向联系。但纤维仍较松散,容易变动,还只有初级的纵向联系。

  牵伸是将梳理后带有弯钩状,卷曲的纤维所构成的集合体抽长拉细,使其中纤维伸直,弯钩消失,同时使集合体达到预定的粗细。在牵伸过程中,纤维被一根根地从其周围纤维群中逐步抽引,靠互相摩擦作用使弯钩逐步消失,使卷曲逐步伸直。这样残存于纤维间的横向联系才有可能被彻底破除,为建立有规律地首尾衔接的纵向联系创造条件。加拈是利用回转运动使纤维构成的细条绕自身轴心扭转加上拈回,借纤维相互摩擦和外层纤维段在绕轴心回转而受拉伸时对内层纤维段的压力,把纱条内纤维间的纵向联系固定下来。以上所述便是纺纱的本质过程。缫丝是通过顺序舒解茧层中的丝缕(松解)和使若干根茧丝抱合起来(集合)卷绕成绞的过程。绩麻是用手指分劈麻缕(松解),然后逐根首尾拈接(集合)成纱。现代气流(转杯)纺纱先经前纺制成条子,然后用刺棍梳理或用超大牵伸机构拉散(松解)成单纤维,输入气流杯内再并合加拈(集合)成纱。自拈纺和喷气纺则是利用假拈或包缠以完成集合,但喂入的条子都必须事先经过一系列松解和集合的成条过程。

  总括起来,开松是初步的松解;梳理是松解的基本完成,同时又是初步的集合;牵伸是松解的最后完成,同时基本上达到集合;加拈是最后巩固集合。这个过程可以用下面的略图来表示:上述作用是迄今为止一切纺纱方法的基本的作用。纺纱并不仅限于这些作用,还有清洁(去杂)、精梳(去短、去杂)、并合等匀净作用,都有助于提高产品的质量,但对能否成纱并无决定性影响,所以是辅助的作用。还有一种作用是卷绕,包括成卷、装筒、绕管、络筒、摇绞等,是为了使前,后道工序能相衔接,借以解决生产过程连续性与工序间断性的矛盾。卷绕对能否成纱或者成纱的质量也没有直接的关系。当前、后两工序连续完成时,其间的卷绕就可以省略。但在连续化还暂时做不到时,卷绕仍是必不可少的插入过程。


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