纱线生产：从古老线缕到现代创新

背景

纱线由多股纤维捻合而成。每股本身由短纤维纺成长丝。长连续长丝可进一步捻合或经变形加工改变性能。

纺纱捻度决定纱线特性：高捻得强度；中捻得柔软光泽；极高捻产生绉纱。按结构分类：单纱、合股纱(两根以上单纱捻合)、缆线纱(两根以上合股纱捻合)。

1995年美国产纺纱近80亿磅(36亿公斤)，40%来自北卡罗来纳州。超半数为棉纱，变形、卷曲、膨体纱约占总量一半。变形纱经物理、化学、热处理膨胀体积；卷曲纱用热塑性纤维变形；膨体纱用本身蓬松不能紧密堆积的纤维。

纱线是纺织制造核心，供织造、针织、毡制工序。1995年美国产机织纱40亿磅(18亿公斤)、机针织纱30亿磅(14亿公斤)、地毯纱10亿磅(4.5亿公斤)。纺织业雇佣超60万工人，年消耗约160亿磅(70亿公斤)工厂纤维，1996年利润21亿美元。出口占销售11%以上——近70亿美元——服装业再增百万就业。

历史

棉、麻、丝、毛等天然纤维是早期纺织主力。已知最古老纱线织物碎片——麻纤维束和平纹亚麻——约7000年前，瑞士罗本豪森出土。

棉花种植和纺织至少7000年。埃及棉织物早至公元前12000年，墨西哥(公元前3500年)、印度(公元前3000年)、秘鲁(公元前2500年)、美国西南部(公元前500年)均有发现。棉花新大陆殖民后才在欧洲商业化。丝绸中国专利始于公元前2600年，6世纪拜占庭开始养蚕前基本局限中国。

合成纤维较晚出现：粘胶纤维(棉/木浆)1891年发明，1911年商业化；尼龙随之而来，继之各类聚酯，减少全球天然纤维需求并拓展应用。

14世纪前手工纺纱用纺锤和纺轮——带重物维持旋转的锥形棒。纤维从梳理束经纺杆牵出。12-13世纪印度(公元500-1000年)出现纺车，后传欧洲，具手摇轮、加捻飞轮、绕纱锭筒。约150年后萨克森纺车引入踏板，双手解放操作纤维。

18世纪机械化突破：约翰·凯飞梭(1733)、理查德·阿克莱特珍妮纺纱机(1766)、塞缪尔·克朗普顿走锭纺纱机(1776)。1828年约翰·索普发明环锭纺架，至今广用，涉及金属环内数百锭筒。气流纺现在纺多种天然纤维，气流将纤维吸入高速旋转杯后挤出。

原材料

纱线原料约15种纤维，分天然和合成。天然纤维——动植物源——织造主导。棉花从成熟种荚采收，仍是美国最畅销纤维，超所有合成纤维总和。植物纤维如醋酸纤维(木浆或棉短绒)、亚麻(亚麻)也用。动物纤维含羊毛(绵羊)、马海毛(安哥拉山羊)、丝绸(蚕吐连续长丝)。

合成纤维将聚合物溶液经喷丝板挤出化学固化成丝。如丙烯酸、尼龙、聚酯、聚烯烃、粘胶、氨纶、三醋酯。许多合成纤维模拟天然性能且不缩水，其他提供特殊功能——氨纶可拉伸500%以上不断。

纤维成捆到厂，人工或机器开包。开松机分离清洁纤维，梳理机排列成微平行网。漏斗状装置将网变绳状条条。滚筒拉伸条条——现在称粗纱——成均匀线，给予微捻后送入大筒罐。

制造工艺

三大主要纺纱法：棉纺、精梳(长纤维)、毛纺。合成短纤维可用任意一种。因棉纺产量最大，下文详述。

纤维准备

• 纤维成捆运至，人工或机器开包。天然纤维可能需清洁；合成纤维仅需分离。开松机松解、分离、清洁纤维。为特定应用可能需混合不同短纤维，在卷曲成卷、梳理或牵伸时进行。配比精确测量以保持比例恒定。

梳理

• 梳理机细钢针分离纤维并排列成疏松平行网。网经漏斗状装置成绳状条条。可通过连接不同纤维卷曲实现混合。

精梳

• 为得更平滑细纱，纤维进一步平行化。梳状装置排列纤维平行，短纤维脱落。

牵伸

• 梳理或精梳后纤维团成粗纱。此步前可合并多条粗纱。不同速度滚筒拉伸粗纱成更均匀条条，加微捻后送入大筒罐。梳理粗纱梳后牵伸两次；精梳粗纱精梳前一次、后两次。

加捻

• 粗纱进入粗纱架，进一步拉伸加捻，成细纱。

精纺

• 商业纱线生产主要用环锭纺和气流纺。环锭纺中细纱经滚筒拉伸，通过钢领和钢圈。钢圈绕固定钢环以4,000-12,000转/分运动，锭子转动绕纱筒，加捻绕纱一步完成。气流纺省去细纱步：粗纱气流送入纺纱器，旋转打手分离纤维成细流，气流带入转子V形槽。转子转动产生捻度，新纤维持续进入成品纱从槽端输出。

质量控制

自动化简化质量保证：电子系统监控温度、速度、捻度、效率。美国材料试验协会(ASTM)提供标准测试法，测量牵伸力、膨体度、收缩率等性能。

未来展望

纺纱系统将日益自动化集成，梳理牵伸功能合并为单元。产率随锭数增加激增，机器人控制设备将普及。

国内生产商面临亚洲厂商引进最新技术的激烈竞争。原料成本——占纱线总成本高达73%——仍是挑战。美国生产商将加强与客户及其客户联盟，行业合作如美国纺织伙伴关系——产学研联合研究计划——旨在增强竞争力。

环保法规将收紧，推动行业采用回收和防污染措施。利用废料(含牛仔布)开发纱线已在进行。设备制造商将持续创新满足空气水质标准。

基因工程有望育成特性独特纤维。研究者培育出保温性更强棉花，掺入少量天然塑料聚羟基丁酸酯。未来纤维可能展现优异染色结合力和稳定性。

结合两种聚合物优点的新型合成纤维在研发中。有的源于化学过程；其他可能利用酵母、细菌、真菌生物制造。