20世纪世界棉织工业在后50年由于电子计算机、非电量电测技术、变频调速技术的应用,出现了高科技的清梳联、高产梳棉机、带自调匀整的高速并条机、四单元传动粗纱机、高速环锭细纱机、转杯纺、喷气纺、涡流纺、七单元传动浆纱机、高速喷气织机等。电子计算机控制的高科技水平的纺织。此外还有赛络纺紧密纺纱技术,不仅大大提高纺纱速度、织造速度及产量,而且在提高产品质量、缩短工艺流程、减少用工、改善环境、降低能耗等方面也都有很大的进步。进入21世纪后这些高科技的纺织装备在生产中发挥着优异的作用,并在不断完善与改进,21世纪纺织工业技术进步面临着许多问题需要介决。
世界人口的快速增长是全球面临的紧迫问题,二战后的40年,世界人口从30亿增加到60亿,估计21世纪头10年、将再增加10亿,平均每年增加1亿,2050年,世界人口总量将达到120亿,到本世纪末,世界人口总量要达到180亿。
人口的快速增长为纺织工业的发展带来许多问题。如:原材料、能源、技术人材短缺、纺织工业的技术进步等。
1、世界人口的增加表明对纺织材料需求总量的增加,目前60亿人口,人均对纤维的需求量从2.5公斤增加到8公斤,欧美国家人均纤维消费量分别为21.5公斤和37.2公斤,而亚洲纤维消费能力不足6公斤,但根据亚洲人口增长速度及经济增长速度,未来纺织工业市场要以亚洲为主,目前亚洲聚脂纤维长丝产量占全球总量的70%。2003年可上升到80%,总量超过110万吨,聚脂短纤维目前占全球总量的42%,2003年可上升到70%,总量可达到95万吨。全部合成纤维产量占全球产量的53%。全球总的纤维需求量将达到4800万吨—5000万吨,如果仍按每人8公斤计算,2050年的纤维总量要达到1.4亿吨。
1.1 天然纤维与化学纤维比率的变化:
20世纪人均纤维消费量为8公斤,目前化学纤维(合成纤维、人造纤维素纤维)占5公斤,天然纤维占3公斤,21世纪纤维消耗量的增加中几乎全部为化学纤维,虽然天然纤维对生态环保有利,但目前天然纤维在世界纤维总消费量的比率已低于化学纤维,据2002年统计,化纤与天然纤维的比率已改变为52:48。化学纤维开始突破与天然纤维的对等平衡,化纤比例已居领先地位, 21世纪能否继续保持天然纤维消耗量。是21世纪所面临的问题。
1.2 假如2050年世界人口达到120亿,必须研究介决一系列相关问题,首先人口的快速增长,必须优先安排粮食与天然纤维的种植面积,可想而知,天然纤维的种植将逐步为粮食所取代(相对于人口的快速增长,粮食种植面积必须扩大),因此加快开发研究类似于天然纤维性质的化学纤维是今后的重要方面。人们不可能以普通化纤原料代替天然纤维,因此加快差别化纤维细旦、超细旦纤维以及功能性纤维的发展速度应当摆在日程上。
21世纪,,人均纤维消耗量的增加,几乎全部为化学纤维。今后能否保持天然纤维的消耗量,是世界所面临的问题。1970年天然纤维中棉花占54%、羊毛8%、化纤长丝11%、化纤短纤11%、粘胶纤维16‰到1997年棉花消费量下降到41%、羊毛下降到3%、化纤长丝上升到27%、化纤短纤上升到23%、粘纤下降到6%,说明化学纤维消耗量比例从90年代已快速增加,而天然纤维显着减少。
天然纤维在21世纪的发展情况受到世界人口总数发展的制约,假如世界人口总数在2050年上升到120亿,吃的部题比穿的问题更加矛盾尖锐化。天然纤维种植面积逐步为粮食种植所取代,势必造成天然纤维逐步为化学纤维所取代,因此,研究与开发类似于天然纤维性质与质量的化学纤维是今后化学纤维的发展方向。
1.3 为了解决好21世纪纺织材料的供续平衡问题,今后要着重研究开发生产服用差别化纤维。以解决人口迅速增长对纤维消耗总量增加的问题。所谓差别化纤维是指经过化学或物理改性后、使普通化学纤维获得特定的性质。
当代差别化纤维的开发与生产在国内外已引起高度重视。差别化纤维有服用型及功能型两大类。
80年代以来,差别化纤维有较快发展,目前我国差别化纤维占化学纤维的比例将突破20%,年产量将上升到50万吨。
我国差别化纤维品种包括各种化纤:如有色纤维、网络长绦、高强低伸纤维、空气变形纤维、高收缩纤维、阳离子可染纤维、抗起球纤维、纺真纤维(仿棉、仿毛、仿丝),抗静电纤维、阻燃纤维。功能性纤维如抗菌、防臭、防紫外线。人体微循环保健纤维等都具有国际一流水平,其中高强、高模维纶及高强低伸缝纫线都达到国际市场要求的水平。
1.4 与国外发达国家相比较,我国的品种还不多,差别化纤维还要加大力度开发研制。尤其对中高档次的差别化纤维更要注意开发。目前已开发出的仿丝、仿毛、仿麻、仿鹿皮及能深层次印染加工的各种织物,是普通档次较低的产品,高档次差别化纤维包括吸湿透气性优良、防水透湿。隔防菌、防臭及抗紫外线的差别化纤维及织物。
1.5 差别化纤维要重点解决好:
1.5.1 吸汗、吸水:亲水性合纤、亲/疏水性混纺纱、微孔纤维、表面积增加的纤维。
1.5.2 防水/透湿织物、微孔膜叠层物、微孔树脂涂层物、高密织物。
1.5.3 绝缘织物:超细纤维绝缘材料、金属或陶瓷涂层物、贮热材料的镀层物或共混物。
1.5.4 防臭/香味织物:抗菌纤维、除臭纤维(活性C、金属结合物),芳香剂纤维。
1.5.5 抗紫外线织物:精细陶瓷附加纤维。
1.5.6 微生物保健纤维。
1.6 日本对纤维差别化的研究开发已取得很大进展,所开发的差别化纤维是以聚脂为原料,采用高级纺纱及加工技术生产出高级时装面料、具有天然纤维所不具备的高级优良的手感。这是第一代新型差别化纤维,日本称“新合纤”,但穿着舒适性却远不如真丝,70年代后半期,第二代“新合纤”研制成功,它是采用异收缩混纤丝和特殊碱处理工艺,纺成仿真丝织物。80年代已发展成第三代“新合纤”织物。是利用纺制天然纤维开发短化纤工艺技术研制成功的。所开发的仿丝能具有天然丝构成的高络变形工艺,90年的第四代差别化纤维、进入了超细化技术,并使纤维表面呈现微凸凹状及微孔,对原料聚合物进行改性复合化工艺处理。超细化纤维、手感特别柔软,目前国外已能使单丝超细到0.1旦或更细,用其纺纱及织造,可生产出特高支、高密织物,还可进一步加工成仿桃皮织物及其它高级面料。
“新合纤”经过20年的发展,到20世纪末已形成许多系列,包括薄起绒织物;新型纺丝织物具有超过真丝性质的特性;用超细化技术制成的仿丝织物的纤维细度必须在0.2-0.3旦,断面有多种形状。其它还有新型纺毛织物,仿麂皮织物等,这些产品都基于超细丝纤维的基础上进一步研制开发的。像仿麂皮织物的原丝是细旦海岛型、幅射型、复合纤维加工后纺织而成。再经过溶解、溶胀或变形方法,使原丝达到超细化。
1.7 国内外生产差别化纤维有三种模式:
1.7.1 聚合阶段生产的差别化纤维:研制常压下可染型阳离子性聚脂Ceeop),60年代初美国杜邦公司首先完成了对聚脂纤维进行改性工作,使其与带强酸性(璜酸)阳离子基因的单体共聚,研制成阳离子改性聚脂(COP),可不用载体在高压下或用载体压常压下用阳离子染料染色,染色效果好,色泽鲜艳,生产成本低,具有抗起球、起霜等优点,缺点是强度低,不耐碱处理及易水介等。
80年代第二代改性聚脂为常压可染型聚脂(ECOP),在其组成中含有第三单体。及醚型或酯型,第四单体组分共聚,增加对染料的吸收渗透能力,上色率达100%,在特定工艺条件下可提高耐碱性,强度不会进一步降低。
由于ECOP的出现,使阳离子改性聚脂提高到一个新水平,不但能和丝、毛一样在常压下用阳离子染料染色,色泽鲜艳,并可进行复杂图案加工,可以任何比例与丝、羊毛、普通、锦纶等纤维混纺交织,ECOP是具有很好发展前途的差别化纤维。
碱溶性芳聚脂:是高吸湿性及多种用途的复合纤维,以间苯二甲酸二甲脂璜酸钠作为第三单体,在聚合时引到聚脂大分子链上,再将这种改性的共聚脂与普通聚脂片共混,纺成中空纤维,最后经碱处理可纺成从表面贯穿中间空腔的有许多微孔的高吸性,碱溶性共聚脂还可作为复合纤维的一个组成部分,制成各种用途的复合纤维,成为研制差别化纤维的重要原料。
低溶点共聚脂:可做破层组分、通过复合纺丝制成粘合性皮芯型复合纤维,作为非织造面料。
1.7.2 纺丝阶段生主的差别化纤维:
①生产开发断面异型纤维如米字型、阳光辐射型及中空辐射性涤/棉复合纤维,可做为各种超细纤维织物的基本原料。
②海岛型涤/聚苯工烯复合纤维,也是研制各种超细纤维织物的基本原料之一,适于加工制做高级劳动服面料,高级人造鹿皮等。
③三花瓣异性断面的细旦丝,做为仿真丝长丝原料。
1.7.3 成纱阶段的改性:
①开发异形纤维,异收缩纤维的混纤技术。
②开发各种变形技术产品:微卷曲纤维的不匀性,增加皱纹等。
1.8 大多数化学纤维是以石油为基础原料的,但石油原料贮量已很有限,预计2050年石油资源将可能用尽,化学纤维将会以新的基础原料取代石油,因此,21世纪将开发出许多新的可再生性的纤维素纤维。
2、新型纤维素纤维的发展:
传统的粘胶纤维是纤维素纤维为主要产品,优点是吸湿性能好,质地柔软,穿着舒适及生物降解性能好等。有棉型、毛型及丝型等人造纤维,近年来在第三世界发展较快,亚太地区更为突出,我国粘胶产量在2001年后可突破45万吨,世界粘胶总产量达到250万吨,但粘胶纤维生产工艺流程长,对环境污染严重及纤维本身湿强力特别低(只有干强的50%),尺寸稳定性能差等缺点存在,特别人们环保意识的加强,在一定程度上,制约了粘胶纤维的发展。
2.1 20世纪后20年,奥地利、英国及德国等发达国家研制开发了新一代纤维素纤维—Lyocell,tencell(中国称其为“天丝”)及莫代尔纤维的出现,使纤维素纤维取得突破性的进展。并已投放市场,受到消费者的欢迎。
这些纤维素纤维的生产具有三大优点:
首先工艺流程短,生产过程采用溶剂法。将纤维素浆溶解后即可纺丝,生产过程中的溶剂无毒,而且生产中的性质,可以取代天然纤维纺织服装。生产工艺短,比棉花的生产周期短,棉纤维生长期用水量比Lyocell纤维用水量高百倍。而且棉花生长过程需大量农药、化肥等,比Lyocell纤维生产所需化学药品高20倍。Lyocell纤维还具有生物降解的特点,比合成纤维优异的多,这些是Lyocell纤维的第二大优点。
第三个优点是纤维性能比粘胶纤维及合成纤维好,Lyocell纤维吸湿后强力为干态的85%,尺寸稳定性也比粘纤好的多,Lyocell纤维单强高达38-42cn/dfex,仅次于单强的55-60cn/dfex,Lyocell纤维纺纱性能好,纺织印染加工具有良好的适应性,织物及服装具有高档次的外观风格等等。Lyocell纤维间世后受到消费者的欢迎,称其为绿色纤维,具有很大的市场潜力,发展势头很强。21世纪是新型纤维素纤维Lyocell纤维发展的进代,它在化学纤维生产中具有快速发展的趋势。
2.2 从发展趋势上看,传统的天然纤维将逐步减少直到消失。毫无疑问,本世纪20年代将出现许多新的纤维原料来取代普通天然纤维,像目前新开发的大豆纤维和竹纤维等都是新的纤维原料。
竹纤维(竹材粘胶纤维)由于具有比普通粘胶纤维有更好的吸湿性、透气性、染色性及悬垂性,而且含有天然的抑菌和抗紫外线性能,因此竹材粘胶纤维具有很大的发展潜力。竹纤维生长期很短每两到三年即可砍伐,砍伐后仍可断续生长。预计每亩地年产竹材20吨,可生产6吨竹质纤维。我国的竹材资源十分丰富,特别分部在我国西南地区。全国竹材面积421万公顷,竹材储蓄量1.27亿吨占全世界竹资源的30%,同时国家在15年内将扩建和改建竹林基地120万公顷。因此是我国发展竹质粘胶纤维的有利的天然条件。除了生产竹质粘胶粘纤工艺外,还可像麻纤维那样脱胶工艺的生产方法,但由于单根竹纤维长度只有2毫米,因此只可采用半脱胶的生产工艺。生产竹纤维的脱胶工艺还需要进一步的研究。竹纤维许多好的特性,在服装、毛巾、浴巾、无纺布以及装饰布等领域的都有广泛的适应性,用途很广,是部分取代棉纤维及普通粘胶纤维的优质原料。
由于棉及羊毛纤维具有再循环利用的特性,因此在相当长的历史时期,仍然要占有一定的比例。
从长远关点看,加快化学纤维,特别是差别化纤维以及新型纤维素纤维的发展速度是21世纪纺织工业的战略任务,预计21世纪20年代将出现许多新的纤维原料以满足21世纪人口快速增长的需求,纺织工业在21世纪仍然是世界经济发展中的重要部分。纺织工业对世界仍然十分重要,因此要努力开发新的能够代替天然纤维的各种纤维。以满足防织工业发展的需求。