紡織科學

紡織作為一門技術科學，研究的對象是纖維集合體和加工中所使用的機械(物理、力學的)和化學方法。人們為了生活，第一要吃飯，第二要穿衣。自古以來，除了裘、革之外，幾乎所有的衣料都是紡織品。作為一門生產，狹義的紡織是指紡紗和織造；廣義的紡織則還把原料初加工、繅絲、染、整，以至化學纖維生產都包括在內。紡織產品,除了供衣著之外,也供觀賞、包裝等用。在現代，還用於家庭裝飾，工農業生產，醫療、國防等方面。解決紡織生產實踐問題的方法和技藝就是紡織技術。而人們在此基礎上所掌握的基本規律的體系則構成紡織科學。

基本介紹

• 中文名：紡織科學
• 類型：技術科學
• 對象：纖維集合體和加工中所使用的機械
• 特點：手工機械化

基本概況

在人類歷史上，紡織生產是差不多和農業同時開始的。紡織生產的出現，可以說是人類脫離“茹毛飲血”的原始時代，進入文明社會的標誌之一。人類的文明史，從一開始便和紡織生產以及在此基礎上產生的紡織技術和紡織科學緊密地聯繫在一起。紡織生產出現以後，在很長的歷史時期內，一直作為農業的副業而存在。紡織科學也是與農學同時產生和發展的，只是主要靠言傳身教,文字資料並不很多。因此，紡織科學和農學一樣,由於誕生得早，在整個人類文化中處於特殊的地位。這種地位，在形成文字較早的民族，如中國漢族，可以從辭彙的形成過程看出其梗概。在漢語中存在著大量來源於紡織的辭彙。有的起源非常古遠,有的幾經輾轉引伸,粗看已不易發現這種淵源關係，但涉及面卻十分廣泛。例如,在殷商甲骨文中，“糹”旁的字有100多個；東漢的《說文解字》中收有“糹”旁的字267個,“巾”旁的字75個,“衣”旁的字120多個，都直接或間接與紡織有關。在現代漢語中，不管是各學科術語，還是日用的形容詞、副詞、抽象名詞以至成語,都有許多從紡織術語借用過來的字或詞。如“綜合分析”、“組織機構”、“成績”、“紕漏”、“青出於藍”、“籠絡人心”、“餘音繞樑”，等等。這裡,“分析”、“成績”導源於紡麻;“綜合”、“機構”、“組織”、“紕漏”導源於織造；“絡”和“繞”導源於編結和繅絲；“青”和“藍”導源於植物染料染色。

紡織生產技術是世界各族人民長期共同創造和經驗積累的產物。世界三大文明發祥地對於開發主要紡織原料及其加工技術，都有其突出的貢獻：地中海南岸和東岸首先廣泛利用亞麻和羊毛。出土文物表明，大約在公元前4000年埃及已經生產各種亞麻織物。伊拉克地區曾出土同一時期用於羊毛交易的印記。東部和南部亞洲首先廣泛利用絲、麻和棉。中國曾出土公元前2700餘年的絲織品。大麻和苧麻也首先在中國廣泛種植。南亞次大陸曾出土公元前3000年的棉製品。中美洲和南美洲北部今墨西哥和秘魯地區，在史前時期已開始生產棉織物和毛織物。人類進入階級社會之後，紡織生產一直是統治階級立國的基礎之一。中國很早就有“天子躬耕、皇后親蠶”──提倡農耕和紡織的傳統。紡織品還一直是國家主要的實物貢賦之一。在近代歷史上，第一次“產業革命”是從紡織行業開始的。從此開創了大工業的時代。現代工業已開發國家幾乎都是以發展紡織工業來積累資本，實現資本主義工業化的。社會主義國家，儘管在一個時期實行優先發展重工業的政策，但紡織仍是一個重要的經濟部門。以中國為例，在1980年，紡織生產總值占全國工業總產值的13.4%，上交的稅金和企業的利潤占全年財政總收入的14.8%，不僅保證了全國10億人民的衣著需要，而且為國家建設作出了重大貢獻。

經過漫長的歷史發展，到20世紀80年代初，全世界每年生產的紡織原料約有3000萬噸，其中棉花和化學纖維大約各占一半。麻、毛、絲所占的份額不大，但是各具特殊的使用價值，受到人們的喜愛。紡織生產能力以占主導地位的棉紡設備為例，已達到1.5億錠,供應著40多億人口的衣著和其他各種需要。但是，就紡織科學而言，儘管其歷史悠久，還存在一系列的課題，有待進一步研究。

發展歷程

紡織生產技術在歷史上經歷了兩次重大的突破：第一次是手工紡織機器的全面形成；第二次是與完善的工作機構的發明相聯繫的大工業的開始。

手工機械化

人類在原始社會階段已開始有簡單的紡織生產：採集野生的紡織纖維，搓績編織以供服用。經過幾千年實踐經驗的積累，隨著農、牧業的發展，人工培育的紡織原料逐步增多，所用工具也由簡單到複雜，經過一物多用的組合工具階段，慢慢演化出具有原始工作機構和傳動機構的機器，如繅車、紡車、織機等，成為人類歷史上最早的一批機器。不過，這還是手工紡織機器，因為它是由人手(或腳)發動的，而且人手還須參與牽伸、引緯等加工動作。這些機器的形成和配套，使紡織生產的產量、質量和勞動生產率大為提高。這是紡織生產技術的第一次飛躍。世界各民族中出現這次飛躍的時間有先有後。較早的如中國，大約是在春秋、戰國時期，即公元前500年左右,出土的漢代畫像石生動地記錄了手工機器的形象。較晚的如歐洲，大約在公元1200年前後。

中國最晚到公元前1000多年的西周時，已有了官辦的紡織作坊，而且內部已有細密的分工。蠶絲是當時中國特有的高級紡織原料。繞成大絞的束絲成了規格化的商品。絲織物在商代已織有幾何花紋，到周代出現了較大花紋。出土的春秋、戰國時期的絲織品有絹、紗、紡、縠、縞、紈、羅、綺、錦及刺繡等，都是用繅車、紡車、腳踏斜織機等工具和挑花、多綜提花等技術製成的。從周代起，布、帛的幅寬和匹長都有了統一的標準。

當時中亞以西各地人民為了獲得中國絲綢，派遣商隊跋涉萬里來到中國，走出了一條聞名後世的“絲綢之路”，促進了東、西方人民之間紡織技術和文化、經濟的交流。秦漢時，手工紡織機器已有很大發展。多綜多躡板和線綜牽吊式的大型花織機，多色套板印花技術都已出現。中國紡織技術更多地通過鄰近各國輾轉外傳。隋唐時期絲織繼續發展，日常衣料廣泛使用麻布。宋代出現了適於工場使用的麻紡多錠水轉大紡車，還有提花大花樓機，說明當時城鎮紡織手工作坊已很興盛。南宋後期，內地種植一年生棉花的技術有了突破，經過元、明兩代的推廣，到明代棉布生產規模已經超過了麻布。工藝美術織物如南宋緙絲、元代織金錦、明代提花絲絨等精品相繼出現。唐宋以來，隨著海上交通的發展，中國與世界各地之間紡織產品和紡織技術的交流更為頻繁。

在紡織手工機械化時期，中國人作出了許多獨特的創造，下面略舉數端：

①育蠶取絲：中國人發明採桑飼蠶，取絲生產精美的絲綢。

②振盪開松：利用弓弦振盪彈松纖維，可免損傷。

③紗支自控：多錠紡紗車上有依靠砝碼平衡紗條的張力以控制加拈時捲入紗條的纖維量，從而使紗的粗細保持穩定。

④以縮定拈：發明打線車（土法拈線機）根據紗線加拈後縮短的原理，以縮短量來判定加拈程度。

⑤人工程控：花樓織機上的花本是控制提經次序的程式。拉花工依次提拉線，經紗便會按預定要求開口，從而織出設計好的花紋。

⑥特殊織品：用彩色絲織成大提花的錦，早已成為美好事物的代稱。用輕薄的紗織物製成的上衣，如馬王堆漢墓出土的一件重量僅49克，南宋的一件不到17克。緙絲用文字書畫作花紋，其欣賞價值幾乎達到和超過原作的程度。

⑦纈染技藝：纈是古代防染印花技術。苗族傳世的蠟纈品有自然的冰紋，具有特殊的美感。維吾爾族扎經纈，花紋帶無級層次的暈，富有特色。

⑧特種整理：廣東傳世薯莨整理產品香雲紗（見莨紗），不怕水，不貼身，是夏天或水上作業人員的良好衣料。

⑨勞動組織：中國自周代起已有規模巨大、分工細密的官營紡織染工場。唐代還按工藝或產品品種分設許多專門工場。

⑩統一標準：中國早在周代已有織物幅寬和匹長的統一標準。

大工業化

手工紡織機器從誕生到完善經歷了幾千年的發展時期。16世紀以後，歐洲手工紡織機器開始有了較大的改進,出現了裝有翼錠和筒管的手工紡車，到18世紀中,又有重大進步，發明了紡織機器的主要工作機構牽伸羅拉和飛梭機構，為近代大工業化紡織的出現準備了技術條件（見世界紡織史）。資本主義生產方式已在西歐占了重要地位，殖民地的占有，又使西歐國家有了豐富的紡織原料來源和廣闊的市場。這些又為近代大工業化紡織的出現準備了經濟條件。於是，在西歐的紡織行業中首先爆發了所謂“產業革命”，即由機器把工人的手從加工動作中初步解脫出來，逐步實現動力驅動的集中性的大工業生產方式。此後，各種紡織機械應運而生，使工人的操作水平和勞動生產率又一次大幅度提高。這是紡織生產技術的第二次飛躍。隨著大工業的成熟，紡織科學也由手工業時期零散的，多少不成文的形式發展成為比較系統，比較深入的一門套用科學，或稱技術科學。

產業革命從西歐逐步擴展到美、日、俄等國。這些國家先後建設起龐大的紡織工業。例如英國人口不足5000萬，棉紡錠數一度達到6000餘萬。紡織工業為這些國家的資本主義工業化積累了巨額資金。這些資金的快速積累，一是依靠僱傭大量廉價的女工和童工，以每天長達12小時的工作日艱苦勞動；二是靠把紡織產品向人口眾多而技術落後的地區如中國和印度等國傾銷。其結果是這些國家的手工業生產體系被逐步瓦解。

中國的有識之士認識到必須“振興實業，挽回利權”。於是,從19世紀70年代開始興辦近代化紡織工業,但是發展十分緩慢，而且幾經挫折。1950年以後才開始出現轉機，紡織工業得到有計畫按比例高速度的發展。1981年比1949年，棉紡、毛紡設備分別增長了2.6和4.7倍。針織、制絲和麻紡設備也有巨大的增長。從無到有，從小到大地建設了自己的化學纖維工業和紡織機械製造業。到80年代初，在紡織原料中化學纖維已占20%。國家的成套機器設備武裝了新建的紡織廠,而且還有200餘萬錠規模的棉紡織染整配套設備提供給第三世界各國。中國的紡織工業已經成為擁有430餘萬職工,5000餘個企業的大行業。

學科分支

20世紀50年代以來，紡織學科有了重大的發展。核心內容方面，在纖維科學和高分子化學的基礎上，形成了紡織材料學；在力學和機械學等的基礎上，形成了纖維材料機械工藝學；在化學和纖維科學等的基礎上，形成了纖維材料化學工藝學；在美學、幾何學和生理學等的基礎上，紡織品設計的內容愈加豐富。在邊緣內容方面，許多基礎科學和其他技術科學等與紡織實踐緊密結合，形成了一些新的學科分支和發展方向：如歷史學和經濟學等套用於紡織發展研究，形成紡織史；數學中的數理統計、運籌學和最佳化理論已廣泛用於紡織技術和生產；物理學和技術物理套用於紡織,促進了紡織儀器、紡織檢測技術和自動控制技術的發展;化學套用於紡織,形成了染料和助劑化學，並促進了脫膠、制絲和漿料化學工藝的發展；機械學、電子學等套用於紡織，形成紡織機械設計原理、紡織機械製造、紡織機械自動化等；環境科學等套用於紡織，與各種紡織工藝學相結合，完善了紡織工廠設計，紡織工廠空氣調節和紡織工廠環境治理等；管理科學套用於紡織，正在形成紡織工業管理工程等。按照工程對象，由於化學纖維的大量利用，原來棉、毛、絲、麻各類工藝學都在不斷變化，逐步形成棉型、毛型、絲型、麻型等紡織工藝學，都各自有特殊的纖維初步加工、紡繅、織造、染整、產品設計……等一系列工藝原理和工藝技術。儘管相互間有許多共同之處，但各自的特性使它們正在形成很不相同的 4個獨立分支學科。還有一個介於輕工和紡織之間的新興邊緣領域服裝學，正在形成之中。紡織學科各分支成熟的程度各不相同。它們的內涵和外延在不斷發展變化之中，有的內容彼此交叉，互相滲透。

紡織原理

儘管如此，紡織生產中還是存在著人們已經認識的規律體系。把纖維原料加工成為衣料等用品,要滿足耐用和美觀兩方面的要求。紡和織主要解決纖維的“取向”，即軸向排列問題，達到耐用的基本要求；染整則要改變纖維的表面和內部結構，主要達到美觀的要求，也提高產品某些方面的性能。

紡紗是完成纖維沿軸取向的過程。在紡紗之前，纖維原料經過初步加工,去除了雜質,但內部各根纖維相互間存在著一定的橫向(左右並列)聯繫。如在棉花、羊毛、麻等纖維中尚有小範圍的成束、成叢的狀態，蠶繭中的絲呈8字形環狀。紡成紗線之後,纖維必須儘可能伸直平行,而且大體上沿紗線軸線取向,並且首尾銜接形成縱向聯繫。經、緯兩組紗線構成織物後，纖維就分別按織物的長度和寬度兩個方向取向，也就是“縱橫取向”。針織通過紗線的成圈串套過程，使其中的纖維也形成“縱橫取向”，只不過是由同一組紗線形成的。織造除了取向之外，同時還帶有藝術加工（織花）的因素。

紡、繅，不管是古代原始方法,還是現代機械化的方法，都要經過破除纖維集合體原有的局部橫向聯繫──稱為“松解”，和建立新的沿軸取向的縱向聯繫──稱為“集合”的過程。松解是集合的基礎和前提，到現在為止，松解和集合都不是一次完成的。現代紡紗分為開松、梳理、牽伸、加拈4步。開松是將大的纖維塊扯散成小塊或小束。於是，橫向聯繫的規模和範圍縮小了。為以後進一步松解到單根狀態創造條件。廣義來說，麻的脫膠也是一種開松。梳理是在西歐發展起來的近代松解技術。梳理是將纖維小塊或小束松解成單根狀態，破除纖維間的橫向聯繫，但還不能完全消滅，因為梳理是由大量梳針進行的，梳理後，纖維頭尾大都呈彎鉤狀。所以，一根纖維內部兩段之間仍存在著橫向聯繫,而且纖維還有若干屈曲,各小段間還存在著某種橫向聯繫。梳理後，纖維群已形成網狀，再收成條子，便形成纖維間沿軸取向的縱向聯繫。但纖維仍較鬆散，容易變動，還只有初級的縱向聯繫。

牽伸是將梳理後帶有彎鉤狀，捲曲的纖維所構成的集合體抽長拉細，使其中纖維伸直，彎鉤消失，同時使集合體達到預定的粗細。在牽伸過程中，纖維被一根根地從其周圍纖維群中逐步抽引，靠互相摩擦作用使彎鉤逐步消失，使捲曲逐步伸直。這樣殘存於纖維間的橫向聯繫才有可能被徹底破除，為建立有規律地首尾銜接的縱向聯繫創造條件。加拈是利用迴轉運動使纖維構成的細條繞自身軸心扭轉加上拈回，借纖維相互摩擦和外層纖維段在繞軸心迴轉而受拉伸時對內層纖維段的壓力，把紗條內纖維間的縱向聯繫固定下來。以上所述便是紡紗的本質過程。繅絲是通過順序舒解繭層中的絲縷（松解）和使若干根繭絲抱合起來（集合）卷繞成絞的過程。績麻是用手指分劈麻縷（松解），然後逐根首尾拈接（集合）成紗。現代氣流（轉杯）紡紗先經前紡製成條子，然後用刺棍梳理或用超大牽伸機構拉散(松解)成單纖維，輸入氣流杯內再併合加拈（集合）成紗。自拈紡和噴氣紡則是利用假拈或包纏以完成集合，但餵入的條子都必須事先經過一系列松解和集合的成條過程。

總括起來，開松是初步的松解；梳理是松解的基本完成,同時又是初步的集合；牽伸是松解的最後完成,同時基本上達到集合；加拈是最後鞏固集合。這個過程可以用下面的略圖來表示：上述作用是迄今為止一切紡紗方法的基本的作用。紡紗並不僅限於這些作用，還有清潔(去雜)、精梳（去短、去雜）、併合等勻淨作用，都有助於提高產品的質量，但對能否成紗並無決定性影響，所以是輔助的作用。還有一種作用是卷繞，包括成卷、裝筒、繞管、絡筒、搖絞等，是為了使前，後道工序能相銜接，藉以解決生產過程連續性與工序間斷性的矛盾。卷繞對能否成紗或者成紗的質量也沒有直接的關係。當前、後兩工序連續完成時，其間的卷繞就可以省略。但在連續化還暫時做不到時，卷繞仍是必不可少的插入過程。