人造丝

背景

几个世纪以来，人类依靠各种植物和动物来提供面料和服装的原材料。蚕、绵羊、海狸、水牛鹿，甚至棕榈叶都只是用来满足这些需求的一些自然资源。然而，在上个世纪，科学家们转向化学和技术来创造和增强我们现在认为理所当然的许多织物。

人造纤维主要有两大类：由天然产品制成的纤维（纤维素纤维）和仅由化合物合成的人造纤维（非纤维素聚合物纤维）。人造丝是一种天然材料，由木浆或棉花的纤维素制成。这种天然的基础赋予了它许多特性——低成本、多样性和舒适性——这些特性导致了它的流行和成功。今天，人造丝被认为是最通用和最经济的人造纤维之一。它被称为“实验室送给织布机的第一份礼物”。

在 1860 年代，法国丝绸业受到影响蚕的疾病的威胁。 Louis Pasteur 和 Count Hilaire de Chardonnet 正在研究这个问题，希望能拯救这个重要的行业。在这场危机中，霞多丽对寻找一种生产人造丝的方法产生了兴趣。 1885 年，他为第一个成功的用纤维素制造可用纤维的工艺申请了专利。尽管其他科学家随后开发了更具成本效益的人造丝制造方法，但霞多丽仍被认为是人造丝之父。

在接下来的四十年里，这种材料被称为人工 或 仿丝绸。 到 1925 年，它已经发展成为一个独立的行业，并被命名为 人造丝 由联邦贸易委员会 (FTC)。术语 人造丝 此时包括任何由纤维素制成的人造纤维。然而，在 1952 年，FTC 将人造丝分为两类：由纯纤维素（人造丝）组成的纤维和由纤维素化合物（醋酸盐）组成的纤维。

到 1950 年代，生产的大部分人造丝被用于工业和家居用品而不是服装，因为普通人造丝（也称为 粘胶人造丝） 与用于服装的其他纤维相比，纤维太弱了。然后，在 1955 年，制造商开始生产一种新型人造丝——高湿模量 (HWM) 人造丝——它的强度更高，可以成功地用于床单、毛巾和服装。 HWM人造丝（也叫改性人造丝）的问世 被认为是人造丝生产自 1880 年代发明以来最重要的发展。

今天，人造丝是我们社会中使用最广泛的面料之一。它是在世界各国制造的。它可以与天然或人造织物混纺，进行增强处理，甚至可以设计为执行各种功能。

原材料

无论设计或制造工艺如何，制造人造丝的基本原料都是纤维素。天然纤维素的主要来源是木浆——通常来自松树、云杉或铁杉——和 为了制造人造丝，将纯化的纤维素片浸泡在烧碱中，干燥，切碎，然后老化在金属容器中放置 2 至 3 天。金属容器中的温度和湿度受到严格控制。
陈化后，碎屑与液态二硫化碳混合并搅拌，将混合物变成橙色的碎屑，称为纤维素黄原酸钠。纤维素黄原酸盐浸泡在苛性苏打中，形成一种看起来和感觉很像蜂蜜的粘胶溶液。棉绒。棉短绒是在轧花过程后附着在棉籽上的残留纤维。

严格定义，人造丝是由再生纤维素组成的人造纤维。法律定义还包括人造纤维，其中替代品没有取代超过 15% 的氢。

虽然所有人造丝的基本制造过程都相似，但这种织物可以设计成执行广泛的功能。可以改变制造过程中的各种因素以产生一系列设计。可以控制原材料、加工化学品、纤维直径、后处理和混合比例的差异，以生产针对特定应用定制的纤维。

普通或粘胶人造丝是最流行、用途最广且最成功的人造丝类型。它可以与人造或天然纤维混纺，制成不同重量和质地的织物。它还具有高吸水性、经济性和穿着舒适性。

普通粘胶人造丝确实有一些缺点。它不像许多新面料那样结实，也不像天然棉或亚麻那样结实。当它变湿或过度暴露在光线下时，这种固有的弱点会加剧。此外，普通人造丝在洗涤时有缩水的趋势。霉变、酸和高温（如熨烫）也会导致损坏。幸运的是，这些缺点可以通过化学处理以及将人造丝与其他具有抵消特性的纤维混合来克服。

高湿模量人造丝是一种比普通人造丝更坚固的纤维，实际上在性能上与棉比普通人造丝更相似。它比普通人造丝具有更好的弹性恢复，含有它的织物更容易打理——它们可以机洗，而含有普通人造丝的织物通常必须干洗。

制造
过程

虽然利用纤维的多功能性在制造过程中有许多变化，但以下是对用于制造普通或粘胶人造丝的程序的描述。

无论使用木浆还是棉绒，都必须对制造人造丝的基本原料进行加工，以提取和提纯纤维素。然后处理所得的白色纯化纤维素片以形成再生纤维素长丝。反过来，这些长丝被纺成纱线并最终制成所需的织物。

加工纯化纤维素

• 1 将纯纤维素片浸泡在氢氧化钠（苛性钠）中，从而生成碱性纤维素片。这些片材经过干燥、粉碎成碎屑，然后在金属容器中陈化 2 至 3 天。金属容器中的温度和湿度受到严格控制。
• 2 老化后，碎屑与液态二硫化碳混合并搅拌，将混合物变成橙色碎屑，称为纤维素黄原酸钠。纤维素黄原酸盐浸泡在苛性苏打中，形成一种看起来和感觉很像蜂蜜的粘胶溶液。然后添加设计中的任何染料或消光剂。将糖浆状溶液过滤以去除杂质并储存在大桶中陈酿，这次在 4 到 5 天之间。

生产长丝

• 3 接下来将粘胶溶液变成纤维串。这是通过迫使液体通过喷丝头（其工作方式类似于淋浴头）进入酸浴来完成的。如果要生产短纤维，则使用带有大孔的大型喷丝头。如果生产长丝纤维，则使用具有较小孔的喷丝头。在酸浴中，酸使长丝凝结和固化，现在称为再生纤维素长丝。

旋转

• 4 长丝浸泡在酸中后，就可以纺成纱线了。根据所需的纱线类型，可以使用多种纺纱方法，包括罐式纺纱、线轴纺纱和连续纺纱。在 Pot Spinning 中，长丝首先在受控张力下拉伸到一系列称为 导丝轮的偏移辊上。 这种拉伸减小了长丝的直径，使它们的尺寸更加均匀，并且还赋予了长丝更大的强度。然后将长丝放入称为 Topham Box 的快速旋转圆筒中， 导致像蛋糕一样的绳子粘在 Topham Box 的侧面。然后将琴弦清洗、漂白、漂洗、干燥并缠绕在锥体或线轴上。

  线轴旋转与锅旋转非常相似。长丝通过滚筒并缠绕在线轴上，在那里它们被洗涤、漂白、漂洗、干燥，然后再次缠绕在线轴或锥体上。

  在连续纺纱中，长丝在经过导丝轮拉伸的同时进行洗涤、漂白、干燥、扭曲和缠绕。

• 5 一旦纤维充分固化，就可以进行后处理化学品和生产织物所需的各种编织工艺。然后可以对所得织物进行多种整理处理中的任何一种。这些包括日历，以控制平滑度；防火性能;预缩；防水性；和抗皱性。

高湿模量人造丝
制造

制造高湿模量人造丝的过程与用于制造普通人造丝的过程相似，但有一些例外。首先，在上面的步骤#1 中，当纯化的纤维素片被浸泡在苛性钠溶液中时， 糖浆状粘胶溶液制备好后，通过喷丝头强制进入酸浴。然后在导丝轮上拉伸所得的线或细丝以加强它们并放入旋转的 Topham 盒中。这种方法生产出蛋糕状的人造丝线，在缠绕在卷轴或锥体上之前，经过洗涤、漂洗和干燥。制作 HWM 人造丝时使用较弱的烧碱。其次，在 HWM 过程中，碱屑（上面的#1）和粘胶溶液（步骤#2）都没有老化。第三，在制造 HWM 人造丝时，长丝的拉伸程度比制造普通人造丝时更大。

质量控制

与大多数以化学为导向的过程一样，质量控制对于人造丝的成功制造至关重要。化学成分、时间和温度是必须监测和控制的重要因素，以产生所需的结果。

混纺织物中使用的各种纤维的百分比必须控制在《纺织纤维识别法》的法律范围内。该法案在法律上定义了十七组人造纤维。这十七组中有六组是由天然材料制成的。它们包括人造丝、醋酸纤维、玻璃纤维、金属、橡胶和亚离子。其余 11 种织物仅由化合物合成。它们是尼龙、聚酯、丙烯酸、改性丙烯酸、烯烃、氨纶、anidex、saran、vinal、vinyon 和 nytril。

在每个通用组中，都有不同制造商生产的纤维的品牌名称。私营公司经常寻求独特功能的专利，并且正如预期的那样，试图保持对其竞争的合法控制。

副产品

作为行业的主要问题之一，人造丝的化学副产品在这个环保时代备受关注。最流行的生产方法是粘胶方法，会产生不良的水和空气排放。特别值得关注的是锌和硫化氢的排放。

目前，生产者正在尝试多种技术来减少污染。正在使用的一些技术是通过离子交换、结晶和使用更纯化的纤维素来回收锌。此外，事实证明，吸收和化学洗涤的使用有助于减少不希望的气体排放。

未来

人造丝的未来是光明的。不仅全世界对人造丝的需求不断增长，而且有许多新技术有望使人造丝变得更好、更便宜。

在 1970 年代的一段时间内，服装行业出现了一种趋势，即使用涤纶等纯合成材料。然而，由于纯合成材料不像天然材料那样“呼吸”，因此这些产品并没有受到消费者的欢迎。如今，混纺面料大行其道。混合提供两全其美的。

凭借目前关于纤维素结构和化学反应性的知识体系，一些科学家相信很快就有可能直接从阳光、水和二氧化碳中生产纤维素分子。如果这种技术被证明具有成本效益，那么这样的水培工厂可以代表在寻求提供满足全球对人造织物的需求所需的原材料方面向前迈出的一大步。