学科发展研究(2012-2013)分述
纺织科学技术
2014年04月02日

  一、引言

  纺织工业是我国国民经济传统支柱产业、重要的民生产业、国际竞争优势明显的产业。2012年全国规模以上纺织企业实现工业总产值57800多亿元,同比增长12.29%。我国已经是名副其实的纺织生产大国、消费大国和出口大国,我国纺织纤维加工总量占全球的比重近55%,纺织品和服装出口贸易额占全球的比重超过35%。

  近年来,我国纤维材料生产技术和装备的开发应用能力显著提升,高新技术纤维材料产业化继续取得突破;先进的技术装备提升了纺织生产加工水平,自动化程度和劳动生产率显著提高;纺织工业节能减排、绿色环保工作取得明显进展。2011和2012两年间纺织科学技术学科荣获国家技术发明奖二等奖4项、国家科学技术进步二等奖6项。目前,我国建有与纺织密切相关的国家级研发平台8个,其中国家重点实验室有2个、国家工程技术研究中心有5个、国家工程实验室1个。在学术交流方面,中国纺织工程学会于2011年和2012年都举办了中国纺织学术年会,并主办了三期纺织科技新见解学术沙龙,分别以阻燃纤维发展方向、经编技术的研究与应用、环锭纺新技术及其应用展开前沿交流。

  在纺织人才培养方面,全国共有81所高校设置了纺织类本科专业,5所高校具有纺织科学与工程一级学科博士学位授予权,15所高校具有纺织科学与工程一级学科硕士点,另外全国还有25所高校具有纺织科学与工程一级学科下的二级学科硕士学位授予权。

  二、近年来本学科国内发展情况

  (一)纤维材料工程

  在生物质纤维方面,千吨级Lyocell纤维产业化成套技术的研究和开发项目已建成示范线,年产30000吨PTT短纤维和PTT聚合纤维工厂已建成投产,年产5000吨可降解聚乳酸生产线和年产4000吨聚乳酸熔体直纺纤维厂开始生产。在常规合成纤维方面,“高品质熔体直纺超细旦涤纶长丝关键技术开发”、“大容量聚酰胺6聚合及细旦锦纶6纤维生产关键技术及装备”分别获得2012年国家科技进步奖二等奖。“超仿棉合成纤维及其纺织品产业化技术开发”获得国家科技支撑计划立项。在高性能纤维方面,多项有关聚酰亚胺、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维的研究获得2011年和2012年国家自然科学基金资助。2012年,“碳/碳复合材料工艺技术装备及应用”获得国家科学技术进步奖二等奖。“高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及在污水资源化应用中的关键技术”项目成果获得2012年国家技术发明奖二等奖。“耐高温相变材料微胶囊、高储热量储热调温纤维及其制备技术”项目成果获得2011年国家技术发明奖二等奖。

  (二)纺纱工程

  《纤维/高速气流两相流体动力学及其应用基础研究》获得2012年中国纺织工业联合会科学技术奖一等奖。集聚纺技术应用到2012年底已超过1000万锭。窄槽式负压空心罗拉集聚系统实现了真正意义的“全程集聚”。聚纤纺技术提出了“负压集聚、稳定握持和梯次牵伸”的新型牵伸技术,改善了纱线条干均匀度、粗细节和毛羽等指标。“普适性柔顺光洁纺纱技术及其应用”有效消除成纱毛羽,提高了成纱的柔软度。

  (三)机织工程

  “新型改性淀粉浆料生产与替代PVA应用关键技术”、“伺服驱动节能挠性剑杆织机”、“GA311型三浆槽浆纱机”获得了2012年纺织协会科学技术奖。国产织机进一步高速化、宽幅化。丝普兰喷气织机采用副喷嘴一拖二方式,优化主、副喷嘴安装及电磁阀控制工艺,有效地降低气耗。“基于黎曼流形的织物建模与仿真研究”获得了2011年国家自然科学基金的立项。

  (四)针织工程

  针织数字提花技术通过提花数据输入接口、机上修改花型和压电陶瓷电子选针器或电磁电子选针器进行单针选针,实现成圈、集圈、浮线三功位编织,电脑大圆机实现了多种花色功能的复合,多个无缝内衣机生产厂家推出了带哈夫针盘的有头机型。经编机上广泛应用碳纤维增强材料,使经编机转速步上新台阶,伺服驱动的电子横移装置广泛用于多梳拉舍尔经编机的花梳和地梳横移,并将横移提花与贾卡提花相结合,双针床贾卡提花无缝经编机也已研发成功并推向市场。

(五)染整工程

  前处理技术在节能降耗和减少排放上取得进展,低盐、低碱、低温染色技术等到广泛重视。以双氰胺作为双氧水活化剂开发出了双氧水—双氰胺活化体系低温练漂工艺,低盐低碱节能减排染色技术、无盐染色清洁生产关键技术、轻薄面料的泡沫整理技术等分别获2012年中国纺织工业联合会科学技术奖。筒子纱数字化自动染色成套技术与装备和以染整专家系统为核心的印染企业生产执行信息平台分别获得2012年中国纺织工业联合会科学技术奖。“棉冷轧堆染色关键技术的研究与产业化”获2011年国家科技进步奖二等奖。

(六)纺织化学品

  国内研究人员制备了马来酸酯淀粉、交联淀粉等浆料,还研究了不同原料对淀粉浆料的增塑作用、玉米淀粉浆料共混改性、接枝丙烯酸浆料等。“染料废水处理及回收利用新技术开发”列入国家科技支撑计划项目。“双氧水低温漂白体系新技术的研究”、“新型改性淀粉浆料生产与替代PVA应用关键技术”等分别获得纺织工业联合会科学技术奖,“棉织物前处理关键酶制剂的发酵生产和应用技术”获得了2012年国家技术发明奖。

(七)非织造材料与工程

  上海市纺织科学研究院产业化项目“双组分复合纺粘法非织造布工艺和设备”已建设成一个规模为年产3000吨的示范生产线。“多头纺熔复合非织造布设备及工艺技术”于2012年获中国纺织工业联合会科技进步二等奖。在静电纺丝技术方面,国内学者开发了全封闭式离心静电纺丝技术、螺纹静电纺丝技术、“火山口”状泰勒锥静电纺丝技术、气泡静电纺丝技术、溶液溅射式静电纺丝技术、静电梭纺丝技术、盘式旋转电极静电纺丝技术等。

(八)产业用纺织品

  2012年,“生物医用柞蚕丝素蛋白材料的关键技术研发”、“航天器用半刚性电池帆板玻璃纤维经编网格材料开发”获得中国纺织工业联合会科技进步二等奖。在过滤与分离用纺织品方面,“功能吸附纤维的制备及其在工业有机废水处置中的关键技术”和“孔径可由温度调节的PVDF中空纤维智能膜”分别获2012年中国纺织工业联合会科技进步一等奖和二等奖。“碳纤维织物制备与应用关键技术研究”项目被列入国家863计划重点项目。

(九)服装设计与工程

  服装CAD技术向三维和网络化发展,缝制设备技术向着光、电等多学科集成方向发展。自动化立体仓库能够提高服装企业仓库的响应速度、配送效率。以RFID为信息载体,从服装裁片、缝制加工、熨烫管理、仓储配送一直到市场销售、洗涤维护均可实现信息化管理。民族服饰文化研究多个项目获得国家社科基金项目和教育部社科基金支持,两项相关研究成果获2013年教育部第六届高等学校科学研究优秀成果奖(人文社会科学)三等奖。

  三、本学科国内外研究进展比较

  (一)纤维材料工程

  熔体直纺聚酯短纤维国际上实现单线生产能力达到300吨/日,而我国聚酯纤维单线产能为150吨/日;国外高速卷绕头的卷绕速度已达到8000米/分钟,而国内达到6000米/分钟;我国涤纶长丝的差别化率约为60%,而国外达到80%以上。我国已能规模化生产T300级别的碳纤维产品,T700和T800级别碳纤维生产已经起步。芳纶1313的产能已居世界第二;芳纶1414千吨级生产线已经建成。我国超高分子量聚乙烯纤维生产能力已超过世界总生产能力的一半。聚苯硫醚纤维的产能居世界首位。

  (二)纺纱工程

  国外纺纱新技术新设备主要体现在短流程、高速高产高质、自动化等方面,占据喷气涡流纺和转杯纺的高端。国内低扭矩环锭纺纱、全聚纺、柔洁纺、聚纤纺等具有自主知识产权的新技术不断涌现。精梳毛纺占领了国际高端,独创出毛半精纺技术,苎麻纺纱发展较快,亚麻、大麻在湿法纺纱继续发展,绢纺也有了新发展。

  (三)机织工程

  在机织工程领域,我国与国外的差距主要表现自动化装备技术和织机的高速化方面,主要包括自动络筒机、全自动整经机和全自动穿经机。国外喷气织机在机构优化、适应高速运转、引纬控制技术精确化、降低能耗及提高织造效率、织物品质和织机控制系统等方面均有所研究。英国诺丁汉大学设计开发了织物几何结构模拟软件TexGen,可准确模拟任何一种纱线的结构,美国奥本大学的学者将虚拟现实技术应用到机织物三维仿真技术之中。

  (四)针织工程

  在圆纬编技术方面,超细及细针距代表了针织装备高端精细加工织造的技术水平。织针局部镀铬技术,有效延长了织针寿命。国产圆纬机机械功效性和质量稳定性方面有了长足提高,形成了较大规模的大圆机生产基地。在横编的嵌花技术方面,日本岛精和德国斯托尔处于领先水平。在全成型技术方面,岛精“X”系列横机可以生产出全成形服装。国产电脑横机在嵌花、全成型等方面仍有不小差距。国内经编机企业不仅提高了机器转速和运行的平稳性,可以生产几乎所有机型,但在高速、高机号和高性能纤维多轴向织物特别是碳纤维的加工技术方面仍存在较大差距。

  (五)染整工程

  美国棉花公司将生物酶技术应用于棉织物前处理、染色和后整理过程中。日本成功实现了“零排放数字印染系统”实用机的商品化。韩国INKECO公司推出纺织直喷活性墨水,可降低印染对环境的破坏程度,提升印花质量。伊朗在墨水中加入有机盐,省去织物预处理工序。

  (六)纺织化学品

  近两年国外对纺织浆料研究主要集中在对淀粉进行改性以提高淀粉浆料的性能及开发高性能、易生物降解的浆料以取代难以生物降解的聚乙烯醇浆料等方面。在后整理助剂方面,国外注重产品的生态和环保,在防水拒油和抗污整理剂的开发领域中,不含全氟辛烷基磺酰化物和全氟辛酸的整理剂是研究热点。生态和环保型抗菌剂是当前纺织品抗菌领域研究热点。

  (七)非织造材料与工程

  国外在过滤材料、土工建筑材料等领域的研究均较国内活跃。基于静电纺的纳米纤维在环境工程、生物医学等领域已成为国内外非织造领域研究的热点。国内外对废弃聚酯瓶片纤维等的化学和物理法回收、熔融纺丝以及非织造加工方面进行了大量的研究;国内外对PLA、PTT等资源可再生、环境友好型纤维和非织造材料的开发也是研究热点。在非织造设备方面,我国仍以对国外设备的仿造和改造为主。

  (八)产业用纺织品

  瑞士Jacob Holm公司重点开发了特轻水刺非织造产品,Hollingsworth &Vose公司展示了NanoWave空气净化系统袋式过滤材料和Inviscint液压过滤材料。美国莱斯大学的研究人员于2012年研制出一种新型聚氨酯纳米材料,它不仅能阻挡子弹的射击,还能进行自我修复。在结构增强用纺织品方面,维斯塔斯公司、歌美飒公司、丹麦LM风电公司等都开发了用于风电系统叶片的材料。

  (九)服装设计与工程

  在可持续发展服装方面,英国时装学院和中央圣马丁设计学院的研究处于领先地位。在智能服装方面,美国和韩国研究处于研究前沿。在功能防护服装方面,加拿大阿尔伯特大学研究处于国际领先。在服装市场营销与产品开发方面,美国爱荷华州立大学主要研究消费者行为学与生活仪态的关系,北卡罗来纳州立大学研究纺织服装产业从生产、分销、销售等环节的市场营销策略,美国堪萨斯州立大学主要研究探索消费者的环保意识与服装购买。

  四、本学科发展趋势及展望

  在纤维材料工程学科领域,我国各类高性能纤维、生物质纤维、超仿真功能化差别化纤维及环保型绿色纤维素纤维等生产技术将进入国际先进水平行列,进一步实现常规纤维品种生产装备的高效化、柔性化,常规产品的优质化,加快发展差别化纤维。此外,还将进一步突破纤维高性能化的关键技术,加强节能减排技术、新装备的产业化的研发与应用,加大废水和废气的治理、回收等技术应用。

  纺纱工程要把纺纱机械、器材的创新发展放到重要位置,要加强原料精细管理和计算机自动配棉,提升纺纱过程质量控制和分析技术,重点推广集聚纺、低扭矩环锭纺、喷气涡流纺等新型纺纱等工艺技术。毛纺领域要重点推广复合纺、赛络纺、嵌入纺等新型毛纺技术。

  机织工程将在国产织造设备方面取得跨越式发展,在生产速度、产品适应性、运行效率、能耗、自动化智能化水平等方面将得到进一步提升。我国应加大自动穿经机和机织CAD设计系统的研制。

  针织工程将实现针织装备的生产高速化和精密化,研究集成控制的快速响应性,突破控制技术方面的瓶颈,通过解决停车横条难题,实现针织产品的高效优质生产。在针织生产过程的各个环节中应用人工智能技术,实现生产过程的智能化及针织设备的机电一体化,组成柔性针织生产系统。

  染整工程应进一步加强低温前处理技术的开发和推广,形成比较完整的加工体系。进一步开发和完善短流程、低能耗染色印花加工技术。研究高性能纤维、生物质纤维等的染整加工技术以及纺织品特殊功能整理技术。加强研究高效环保印染装备及其配套工艺技术。推广气流染色机等低浴比染色设备和技术的应用,减少水资源的使用和废水排放。

  在纺织化学品方面,纺织浆料继续开发高性能浆料,减少甚至完全取代难以生物降解的PVA浆料,而变性淀粉浆料仍然是开发重点。染料重点发展用于纤维素纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维和羊毛染色与印花的分散、活性、酸性染料上,印染助剂更加突出环保和高效性能,同时开发适应新的纺织纤维和印染技术高效专用助剂。纺织品后整理助剂开发将继续以多功能、高效、环保和长效为重点。

  在非织造材料与工程学科领域,加工工艺与装备研究是关键,结构性能与表征研究是核心,产品设计与应用研究是根本。今后的重点研究内容是非织造专用聚合物树脂、纤维、粘合剂,双组分或多组份纺粘、熔喷成型技术、复合加工技术、非织造新型成型技术和废弃非织造材料回用技术。未来几年非织造材料重点应用领域包括:医疗卫生用、过滤与分离、土工与建筑、交通工具和安全与防护用等。

  产业用纺织品学科将加快人体组织器官替换材料以及透析材料等生物医用纤维和制品的开发研究;开发推广具有分离精度高、抗菌、高导湿等性能的滤料;开发高强定伸长土工布,发展生物可降解天然纤维土工布、生态型垃圾填埋用复合土工布膜;开发防渗、排水土工合成材料。采用高性能纤维开发骨架材料,进一步提高骨架与基材的结合性能。

  今后几年,服装设计与工程学科将加强服装号型及服装人体测量等方法、标准的研究。通过整合国际化资源,以市场为导向,提升品牌的核心竞争力;通过工业化与信息化融合,提高企业快速反应能力和产品质量;通过科技创新与文化创意的结合,提高文化软实力;通过利用先进网络技术,完成服装产品的制造和服务。服装产业向高级定制和功能性服装的开发两个不同的方向发展。此外,服装仿生学、多功能防护、可持续设计与产品研发等也是未来研究的重点。

  

  Textile Science and Technology 

   As one of the traditional pillar industries, an important livelihood industry, an international competitive industry, textile industry plays an important role in China’s economic system, and it contributes to flourishing market, expanding export, absorbing employees, enhancing rural income and promoting urbanization. In 2012, the gross value of domestic textile industrial output was over 5,780,000 million RMB with the year on year growth 12.9%. Textile industry of China ranks the first in the world in production scale and export trade with the world’s most complete industrial chain, the highest level of processing facilities. The total quantity of textile fibers processing in China is 55% of that in the world, and 35% of textiles and garment export are from China.

   Recent years, the fiber material engineering has improved significantly with the increasing investments of the technology and equipment of fiber material manufacturer, and the high tech  fiber materials have achieved breakthrough progress for the industrialize process; the advanced equipments have been provided in the manufacture of the textile with the significant increase of the production level, the degree of automation, and labor productivity; the technologies for the energy-saving and the environmental friendly process have been developing greatly with the efforts of scholars and enterprises. From 2011 to 2012, four projects were bestowed the Second-class Awards of National Technological Invention, and six projects achieved the Second-class Awards of National Science and Technology Advance. There were eight national research and development platforms for the textile industry: two of them are the State Laboratory; five of them are the National Engineering Technology Research Center; the other one is the National Engineering Laboratory. There were many academic activities for textile science and industry: the China Textile Academic annual meeting was held by the China Textile Engineering Society twice; three Academic Salons were held with three topics, the fire resistant fiber development, warp knitting technology and application, and the new ringing-spinning technology and application.

   Textile talent development is composed by multilayered structure. There are 81 colleges or universities with the bachelor degree belonging to textile subjects: five of them obtain the first level textile discipline doctoral degree to grant authority and the postdoctoral research station; 15 of them have the first level textile discipline master’s degree to grant authority, and 25 of them have the second level one.

   In this report, the main purpose is to summarize the current situation and achievements of textile science, and to forecast the future development direction. In the first part, the achievements of the domestic textile industry and textile science and technology development are summarized. In the second part, the domestic current situation of textile are discussed within nine sections: the fiber material engineering, the spinning engineering, the weaving engineering, the knitting engineering, the finish and dyeing engineering, the textile chemicals, the nonwoven material and engineering, the industrial textiles, and the fashion design and engineering. In the fiber material engineering, the biomass fiber, the high performance fiber and the functional fibers are developing in the spinning engineering, the new technology for ringing spinning process is the focus, and the development of new yarn design is very active; in the weaving engineering, the focuses are on the automatic winding, automatic drawing in, environmental friendly sizing, while the key technology for high speed weaving requires more primary research; in the knitting engineering, high speed performance of the knitting equipment, the seamless technology, as well as the jacquard technology increase greatly; in the finishing and dyeing engineering, low-temperature pretreatment, energy-saving dyeing, and printing technology, functional finishing are the mainly researching direction; in the textile chemicals, environmental friendly technology is the permanent requirement, while the sizing material, the dyeing and printing pigment and auxiliary, functional finishing auxiliary are developed for that requirement; in the nonwoven material and engineering, the structure and property of nonwoven material, the environmental friendly technology for the manufacture of compound nonwoven material are the research priorities; in the industrial textile, the researches and applications on the medical material, the filtration material, the structure material, the protective material, and the transportation material are in the rapid development of the stage; in the fashion design and engineering, the new researches and technologies are applied mainly on the 3-D body measurement, automatic garment manufacture, and functional garment development. In the third part, the report makes a comparison between the domestic and foreign research and manufacture situation. Then, in the end of the report, some advices and developing directions are provided for the improvement of textile science technology discipline based on the former analyses.