项目1　纺纱

项目1-1　纺纱基本知识

教学目标

1.认识纱线的形成过程；

2.掌握棉纺的生产工艺流程；

3.了解纺纱产品的生产工艺设计。

任务说明

1.任务要求

通过本项目的学习，完成以下工作任务：

（1）通过对各种纱线样品的观察和学过的检测方法，能分析原料组成，并推断其纺纱类别。

（2）通过对纺纱机或小样纺纱机纺纱过程的观察，了解纺纱形成原理，纱和线的区分。

2.任务所需设备、工具、材料

各种不同类型的纱线及原料；放大镜等配套工具。

3.任务实施内容及步骤

纱线的分类及工艺流程的确定：

（1）对纱线样品按棉型纱线、毛型纱线、长丝纱线进行分类；

（2）对样品按纱、线进行分类；

（3）对样品按纯纺、混纺纱线进行分类；

（4）根据纱线的分类及特征，初步确定产品的纺纱生产工艺流程。

项目导入

今天的纺织技术，是从上万年以前的原始手工操作演变而来的。

人类进入渔猎社会后即已学会搓绳子，这是纺纱的前奏。山西大同许家窑10万年前文化遗址出土了1000多个石球。投石索是用绳索做成网兜，在狩猎时可以投掷石球打击野兽。可以推断，那时人们已经学会使用绳索了。绳索最初由整根植物茎条制成。后来发明了劈搓技术，也是将植物茎皮劈细（即松解）为缕，再将许多缕搓合（即集合）在一起，利用扭转（加捻）以后各缕之间的摩擦力接成很长的绳索。为了增大绳索的强力，后来人类还学会将几股捻合。浙江河姆渡出土的公元前4900年遗址绳子，如图1-1-1所示就是两股合成的。其中纤维束经过分劈，单股加有S向捻回，合股则加有Z向捻回，直径达1cm。

人们根据搓绳的经验，创造出绩和纺的技术。绩是先将植物茎皮劈成极细的长缕，然后逐根捻接。这是需要高度技巧的一门手艺，所以后来人们把工作的成就叫作“成绩”。先把纤维原料开松，再把多根纤维捻合接长成纱就是纺。

纺轮又称“纺专”，是中国古代用来纺纱、捻线的最原始工具，如图1-1-2、图1-1-3所示。一撮用手工除籽和扯松的棉花用一个纺轮便可随地而纺，极为简便。纺轮纱捻线虽然产量低、质量差、费力多，但比徒手搓捻技术已大为进步。元代王祯《农书》中记载的捻棉轴就是这种工具，至今还有个别地方在使用它，如图1-1-4所示。这种纺纱技术的流传已有数千年的历史。新石器时代出现，最早为石片，后为陶制，在青铜器时代发展为铜制。目前考古出土最早的纺轮可以追溯到距今8000年的河南舞阳贾湖遗址，其纺轮多用废陶片打制，中间穿圆孔。纺轮由纺盘和转杆组成，陶制纺轮中的圆孔是插转杆用的，当人手用力使纺盘转动时，纺轮自身的重力使一堆乱麻似的纤维牵伸拉细，纺盘旋转时产生的力使拉细的纤维捻成麻花状。在纺轮不断旋转中，纤维牵伸和加捻的力也就不断沿着与纺盘垂直的方向（即转杆的方向）向上传递，纤维不断被牵伸加捻，当纺盘停止转动时，将加捻过的纱缠绕在转杆上即完成“纺纱”过程。

小小的陶轮虽然十分简单，但原始人配合自己灵巧的双手，完成了至今为止现代纺纱工艺仍然沿用着的五大运动：喂给、牵伸、加捻、卷取、成形。现代纺纱机虽然已经具有多种多样的传动机构，很多已由计算机控制，但是不管是喷气、气流还是环锭纺纱，万变不离其宗，纺纱原理还是相同的，基本的五大运动一个都不能少。

纺织（生产技术）从狭义上来讲就是纺纱与织布（Spinning and Weaving）；从广义上来讲就是纺织品（Textile）生产技术的概念，它不仅包含着“纺纱与织布”，而且还包含着以后的所有处理和加工，直到制成可直接使用的服用品。

纺纱是整个“纺织品生产”的第一阶段，其生产是一项系统工程。按照现代生产技术，获得“纱线”的方法有三类：第一类是通过化学合成或天然材料分解后，人工合成而得到人造纤维，通过纺丝机制成的长丝；第二类是直接从天然丝中抽取而获得；第三类是通过对短纤维（天然的、人造的、合成的）的加工制成纱线或使用天然纤维包覆长丝制成纱线。第三类是发展历史最长、最重要的生产方法。

将纺织纤维的短纤维纺成纱或线的过程称为纺纱，包括天然纤维包覆长丝制成纱线。纺纱过程就是以各种纺织纤维为原料，通过对短纤维的开松、除杂、均匀、混和、梳理、并合、牵伸、加捻、卷绕而纺制成纱线，以供织造使用。

一、纱线分类

（一）按纱线粗细分类

棉纱的粗细以特数（tex）表示，1000m长的纱在公定回潮率状态下的重量克数即为该纱的特数。

目前根据纱的特数大小可分为以下四类纱：

（1）特细特纱：是指线密度在10tex及以下（58英支及以上）；

（2）细特纱：是指线密度在10～20tex之间（29～58英支）；

（3）中特纱：是指线密度在20～32tex之间（18～29英支）；

（4）粗特纱：是指线密度在32tex及其以上（18英支及以下）。

特细特纱的直径较细，在断面内包含的纤维根数少（该类纱断面纤维根数一般在38根以下），对棉纱条干均匀度影响较大，配棉时应选用纤维细、长度长的原棉（长绒棉）。高密织物用纱与细特纱（该类纱断面纤维根数一般在50～60根之间）同样配棉。粗特纱（该类纱断面纤维根数一般在70～80根之间）的质量要求较低，对选用原棉的要求可差一些。

（二）按纺纱系统分类

按纺纱系统不同可分为精梳纱和半精梳纱、普梳纱、废纺纱。

精梳纱的外观质量要求较高，条干要好，棉结杂质要少，一般精梳纱要求使用纤维长度长，品级好的原棉。普梳纱的质量要求比精梳纱低，对配棉品级和长度的要求较低。半精梳纱的质量介于精梳纱和普梳纱之间。

废纺纱是指用纺织下脚料（废棉）或混入低级原料纺成的纱。纱线品质差、松软、条干不匀、含杂多、色泽差，一般只用来织粗棉毯、厚绒布和包装布等低级的织品。

（三）按纱线结构分类

按纱线结构分类可分为单纱和股线、复捻股线、单丝、变形纱、花式纱线。

对单纱的强力和外观疵点的要求比股线的单纱为高，因为单纱并合成股线后，纤维的强力利用率可以提高，外观疵点在并合中会被覆盖一部分，条干均匀度也会因单纱的并合等到改善。生产股线用的单纱对原棉的要求比一般单纱为低。

（四）按纱线用途分类

按纱线用途不同可分为机织、针织及其他用纱。

1.机织用纱　指加工机织物所用纱线，分经纱和纬纱两种。经纱用作织物纵向纱线，具有捻度较大、强力较高、耐磨较好的特点；纬纱用作织物横向纱线，具有捻度较小、强力较低、较柔软的特点。

2.针织用纱　要求成纱条干好，杂质少，色泽好，柔软而有弹性。因此，针织用纱比机织用纱对原棉的要求高，配棉时选用纤维长度长，成熟度好的原棉。

3.其他用纱　包括缝纫线、绣花线、编结线、杂用线等。根据用途不同，对这些纱的要求也是不同的。

（五）按纱线原料分类

按纱线原料不同可分为纯纺纱和混纺纱。

1.纯纺纱　纯纺纱是由一种纤维材料纺成的纱，如棉纱、毛纱、麻纱和绢纺纱等。此类纱适宜制作纯纺织物。

2.混纺纱　混纺纱是由两种或两种以上的纤维所纺成的纱，如涤纶与棉的混纺纱，羊毛与粘胶的混纺纱等。此类纱用于突出两种纤维优点的织物。

（六）按纺纱方法分类

按纺纱方法不同可分为环锭纱、自由端纱和非自由端纱。

1.环锭纱　环锭纱是指在环锭细纱机上，用传统的纺纱方法加捻制成的纱线。纱中纤维内外缠绕联结，纱线结构紧密，强力高，但由于同时靠一套机构来完成加捻和卷绕工作，因而生产效率受到限制。此类纱线用途广泛，可用于各类织物、编结物、绳带中。

2.自由端纱　自由端纱是指在高速回转的纺杯流场内或在静电场内使纤维凝聚并加捻成纱，其纱线的加捻与卷绕作用分别由不同的部件完成，因而效率高，成本较低。

（1）气流纱：气流纱也称转杯纺纱，是利用气流将纤维在高速回转的纺纱杯内凝聚加捻输出成纱。纱线结构比环锭纱蓬松、耐磨、条干均匀、染色较鲜艳，但强力较低。此类纱线主要用于机织物中蓬松厚实的平布、手感良好的绒布及针织品类。

（2）静电纱：静电纱是利用静电场对纤维进行凝聚并加捻制得的纱。纱线结构同气流纱，用途也与气流纱相似。

（3）涡流纱：涡流纱是用固定不动的涡流纺纱管，代替高速回转的纺纱杯所纺制的纱。纱上弯曲纤维较多、强力低、条干均匀度较差，但染色、耐磨性能较好。此类纱多用于起绒织物，如绒衣、运动衣等。

（4）尘笼纱：尘笼纱也称摩擦纺纱，是利用一对尘笼对纤维进行凝聚和加捻纺制的纱。纱线呈分层结构，纱芯捻度大、手感硬，外层捻度小、手感较柔软。此类纱主要用于工业纺织品、装饰织物，也可用在外衣（如工作服、防护服）上。

3.非自由端纱　非自由端纱是又一种与自由端纱不同的新型纺纱方法纺制的纱，即在对纤维进行加捻过程中，纤维条两端是受握持状态，不是自由端。这种新型纱线包括自捻纱、喷气纱和包芯纱等。

（1）自捻纱：自捻纱属非自由端新型纱的一种，是通过往复运动的罗拉给两根纱条施以假捻，当纱条平行贴紧时，靠其退捻回转的力，互相扭缠成纱。这种纱线捻度不匀，在一根纱线上有无捻区段存在，因而纱线强度较低。适于生产羊毛纱和化纤纱，用在花色织物和绒面织物上较合适。

（2）喷气纱：喷气纱是利用压缩空气所产生的高速喷射涡流，对纱条施以假捻，经过包缠和扭结而纺制的纱线。成纱结构独特，纱芯几乎无捻，外包纤维随机包缠，纱较疏松，手感粗糙，且强力较低。此类纱线可加工机织物和针织物，做男女上衣、衬衣、运动服和工作服等。

（3）包芯纱：包芯纱是一种以长丝为纱芯，外包短纤维而纺成的纱线，兼有纱芯长丝和外包短纤维的优点，使成纱性能超过单一纤维。常用的纱芯长丝有涤纶丝、锦纶丝、氨纶丝，外包短纤维常用棉、涤/棉、腈纶、羊毛等。包芯纱目前主要用作缝纫线、衬衫面料、烂花织物和弹力织物等。

二、纺纱基本原理

纺纱的实质是通过多工序、多机台对无序的短纤维进行有序化控制，使其纵向伸直平行和横向均匀，并通过加捻、卷绕，变成连续的、具有一定力学性能的物料对象。从控制方面来讲，其控制核心是随机数概念，如图1-1-5所示。

主线原理：开松、梳理、牵伸、加捻（四大原理）。

副线原理：除杂、混和、均匀、并合。

载体原理：卷绕、成形。

总之，纺纱过程一般包括原料的选配（简称配棉）、开松、除杂、梳理、混和、并合、牵伸、加捻以及卷绕、成形等作用原理，大部分原理在各工序中是多次反复的。

（一）原料的选配

原料的选配是纺纱过程中的一个重要环节，纺纱时应根据成纱线品质的要求，正确选用原料的配棉方案，确定各混和棉成分比例，编制配棉排队表，保证成纱质量的长期相对稳定性。

（二）开松

开松是把大块纤维撕扯成小块、小纤维束的过程。随着开松作用的进行，纤维和杂质之间的联系力减弱，并利用惯性力的作用使杂质清除，并使小块状的纤维之间得到混和。开松时的去除杂质过程，并不是一次能完成在纤维中的清杂处理，而需经过多次的撕扯、自由或握持打击等的相互作用，配置成渐进的方式来实现。

（三）除杂

利用纤维与杂质密度上的不同，在开松的过程中使纤维与杂质实现惯性分离，从而逐渐清除，由于原棉中有各种不同的杂质，不可能一次作用时清除杂质，于是在不同的阶段中用不同的设备，按对象性质分层次完成杂质清除。

（四）梳理

梳理作用是由梳理（梳棉）机上的大量密集梳针把纤维小块、小束进一步松解成单根纤维状态，从而进一步完善了纤维的松解。梳理后纤维间的横向联系基本被解除，除杂和混和作用更加充分。梳理后的纤维状态尽管呈现单纤维状态，但大量的纤维呈弯曲状，有前弯钩、后弯钩、双头弯等状态。

（五）精梳

精梳是通过精梳机来实现的。精梳是利用梳针对纤维的两端分别进行握持状态下的更为细致的梳理。精梳机加工能够排除一定长度以下的短纤维（短绒16mm以下的纤维）和细小杂疵，促使纤维更加平行、顺直，同时使纤维长度整体提高。

（六）并合

经梳棉工序梳理后制成的棉条（生条），其长片段不匀率很大，通过多根条子（6～8根）并合，以改善棉条长片段均匀度。另外，不同原料不同处理，涤/棉纱一般在并条工序并合。

（七）牵伸

在两端相对握持的前提下，对棉条或须条进行抽长拉细的过程称为牵伸。要注意的是牵伸会带来须条短片段不匀率增加，因此，需要配置合理的牵伸装置和工艺参数。

（八）加捻

加捻是对须条按其自身轴线加以扭转，使平行于须条轴线方向的纤维呈螺旋状扭转，从而产生径向压力，使纤维间产生纵向连接，从而实现连续的纱线。

（九）卷绕

将半成品或成品卷绕成一定的形式卷装，以便于储存、运输和下一道工序的加工。要注意卷绕过程的方式将会对退绕时纱线捻度变化产生影响，而卷装容量大小将会影响生产效率和成纱质量的稳定性。

三、纺纱工艺系统

当选用的纺织纤维原料种类及性能不同时，其纺纱的生产方法、设备、生产工艺及工艺流程都将有所不同。

一般对短纤维的加工生产，按原料基本性能情况的不同，纺纱工艺系统可分为：棉纺、毛纺、绢纺和麻纺等。

为了获得具有不同品质标准的纱线，往往需要考虑纺纱工艺系统使用的合理性问题，在制订采用何种纺纱工艺系统时，往往会涉及三大方面内容：成纱或线的结构、产品质量的要求及生产时的综合成本。因此，选用合理的、匹配的、可靠的纺纱工艺系统，对企业的生存和发展将会产生积极的意义。

（一）棉纺纱系统

棉纺纱生产所用的原料有棉纤维和棉型化纤，其产品有纯棉纱、纯化纤纱和各种混纺纱等。在棉纺纺纱系统中，根据原料品质和成纱质量要求，又分为普梳系统、精梳系统、废纺系统、混纺纺纱系统、中长型化纤纺纱系统、新型纺纱系统。

1.普梳纺纱系统　一般用于纺制粗、中特纱，供织造普通织物，其流程及半制品、成品名称如图1-1-6所示。

2.精梳纺纱系统　精梳系统用以纺制高档棉纱、特种用纱或棉与化纤混纺纱。其流程及半制品、成品名称如图1-1-7所示。

3.废纺纺纱系统　废纺系统用于加工价格低廉的粗特棉纱，其流程如图1-1-8所示。

4.化纤与棉混纺纺纱系统　涤纶（或其他化纤）与棉混纺时，因涤纶（化纤）与棉纤维的性能不同，涤纶没有杂质，在加工中采用各自制成条子后，先经预并，再进行混并，为保证混和的均匀性，一般采用三道并合。其普梳与精梳纺纱工艺流程如图1-1-9、图1-1-10所示。

5.棉、毛、绢丝混纺纱系统　棉、毛、绢丝混纺纱系统，如图1-1-11所示。

6.中长型化纤纺纱系统　中长型化纤纺纱系统主要用于加工中长型化纤，其原料有单原料或混和原料进行纺纱。工艺流程与生产普梳纺纱系统基本相同，但加工设备的要求与纺棉型化纤时对比，是有所不同的，一般用专用设备进行生产，当然也可使用纺棉型化纤的纺纱设备进行生产，但必须注意的是：设备能否适应于中长型化纤加工。即生产设备工艺隔距可调的适应性、工艺系统的间道可调性，设备部分器件的可置换性。图1-1-12为中长型化纤纺纱系统流程图。

7.新型纺纱系统　新型纺纱系统（图1-1-13）为自由端纺纱系统，转杯纺、喷气纺、涡流纺都属于同一类。该类纺纱机包含了粗纱、细纱和自动络筒的功能，即具有超大的牵伸（300倍以上）及加捻卷绕分离技术，直接可生产出筒子纱。

（二）毛纺纺纱系统

毛纺纺纱系统是以羊毛纤维和毛型化纤为原料，在毛纺设备上纺制毛纱、毛与化纤混纺纱和化纤纯纺纱的生产全过程。

1.粗梳毛纺系统　粗梳毛纺纺纱系统流程如图1-1-14所示。

2.精梳毛纺系统　精梳毛纺纺纱系统工序多、流程长，可分为制条和纺纱两大部分，其纺纱系统流程如图1-1-15所示。

精梳制条也称毛条制造，一般为单独设立的生产企业或分厂，精梳毛条作为企业或分厂的成品进行销售或供下一个分厂作为原料使用。毛条制造流程如图1-1-16所示。

有些精梳毛纺厂没有制条工序，用精梳毛条作为原料，生产流程包括前纺、后纺；多数厂还没有毛条染色和复精梳的条染复精梳工序。复精梳是指毛条染色后的第二次精梳，复精梳工序流程和制条工序相似。不带复精梳工序时的精梳毛纺系统流程如图1-1-17所示。另外，还有一种介于精梳和粗梳之间的半精梳纺纱工艺系统。

（三）绢纺纺纱系统

绢纺包括两个纺纱系统：绢丝纺系统和丝纺系统，前者纺纱线密度小，用于织造薄型高档绢绸；后者纺纱线密度大，成纱疏松、毛绒，别具风格。

1.绢丝纺纱系统

（1）精练工程：利用不能缫丝的疵茧和废丝加工成的绢丝用于织造绢绸。

（2）制绵工程：制绵工程的流程如图1-1-18所示，任务是对精干绵进行适当混和，细致开松，除去杂质、绵粒和短纤维，制成纤维伸直平行度好、分离度好且具有一定长度的精绵。

（3）绢丝纺系统：圆梳制绵以后的绢丝纺流程（图1-1-19）由并条工程、粗纱工程、细纱工程和并捻、整理等后加工工序组成。

2.丝纺系统　在制绵工程中三道圆梳机的落绵总量很大，为喂入头道重量的40%～50%，而且落绵的纤维长度在25～45mm，整齐度较差，含杂率高。丝纺就是利用制绵工程中三道圆梳机的落绵为原料，利用棉纺普梳纺纱系统或棉纺转杯纺纱系统或粗梳毛纺系统纺纱。图1-1-20为利用粗梳毛纺设备制订的丝纺纱工艺流程图。

（四）麻纺纺纱系统

麻纺有苎麻、亚麻等纺纱系统。

1.苎麻纺纱系统　苎麻纤维强力高、纤维细、吸湿性好，可纺制较低特数的纯纺或混纺纱。适合织制各类穿着、装饰、工业用织物和水龙带等，“负压风机”（苎麻纤维织物）作为夏令服装用料，穿戴尤为舒适，另外也可用作各类皮革、篷帆等的缝线。

一般使用专用的麻纺设备进行加工，也可利用精梳毛纺或绢纺设备进行加工，但在设备上需作局部改进。原麻先要经预处理加工成精干麻，再进行纺纱加工。其纺纱的加工工艺流程如图1-1-21所示；而短苎麻、落麻一般可用棉纺设备进行加工，其加工工艺过程与丝纺系统基本相似。但须注意短苎麻、落麻纤维长度，必要时需使用牵切或通过粗梳毛纺设备进行加工。

2.亚麻纺纱系统　亚麻纱线可用于织制穿着织物、抽绣布、油画布、防水帆布、贴墙布、消防水龙带等，也可用作皮革、篷帆的缝线。

亚麻纺纱的原料是打成麻，利用亚麻长麻纺纱系统加工，其纺纱的工艺流程如图1-1-22所示，其中，长麻纺的粗纱要经过煮练后再进行细纱加工。长麻纺的落麻、回麻则进入短麻纺纱工艺系统，其工艺流程如图1-1-23所示。

四、棉纺生产企业各车间与生产工序的关系

一般棉纺企业的生产车间分为：前纺、后纺、后加工三个生产车间。配棉为生产加工前的第一项工作内容，一般不属于生产车间管理，但分级室一般属于前纺车间管理，它有三方面的功能：第一，用于存放在24h内生产所需使用的原料；第二，用于存放在生产加工过程中所产生的回棉、回花、回条，这些材料可在同特数纺纱中直接作为再用棉进行混用；第三，用于存放各加工设备的车肚落棉、粗纱头、细纱笛管吸棉等，这类材料需经预处理后，可用于纺特数较高的纱。图1-1-24为棉纺生产企业各车间与生产工序的关系图（环锭纺），图1-1-25转杯纺棉纺生产企业各车间与生产工序的关系图。

牵切工序原为毛纺、麻纺系统中的工序，自21世纪开始应用于棉纺生产加工。羊毛、蚕丝、麻、维纶等长纤维及长丝，通过对纤维牵切后[GYFA311D纤维牵切（拉断）机]，纤维主体长度一般可控制在40～250mm，具体可根据牵切长度的需要来确定牵切工艺，即通过直接牵切各类长纤维须条，可获得适合于棉纺设备加工生产的须条，并利用棉纺设备来纺制各类混纺纱制品。