紡織科技發(fā)展前沿

蔣高明, 劉海桑, 夏風(fēng)林, 鄭寶平, 張愛軍, 陳超余

(江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 無錫 214122)

2023年以來,全球紡織產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了一場(chǎng)全面的發(fā)展變革,不再局限于為衣著服裝和家紡用品領(lǐng)域提供服務(wù),而是已深度滲透到眾多領(lǐng)域。縱觀紡織技術(shù)發(fā)展方向,紡織纖維材料仍是行業(yè)關(guān)注重點(diǎn),需加強(qiáng)制備技術(shù)多點(diǎn)突破,促進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用的深度發(fā)展;紡織智能織造領(lǐng)域數(shù)字化水平顯著提升,智能織造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用程度逐漸加深;紡織品的綠色加工技術(shù)仍是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程節(jié)能減排目標(biāo)的核心;先進(jìn)紡織品開發(fā)取得長(zhǎng)足進(jìn)步,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,進(jìn)一步提升了中國(guó)高科技紡織品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

中國(guó)紡織產(chǎn)業(yè)鏈在多個(gè)環(huán)節(jié)已達(dá)到或超越國(guó)際先進(jìn)水平,確保了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的全球領(lǐng)先地位。然而,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,中國(guó)紡織行業(yè)在基礎(chǔ)前沿和源頭創(chuàng)新方面仍存在一定差距,特別是先進(jìn)材料、高端裝備和精細(xì)化工等核心技術(shù)領(lǐng)域。為在競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)地位,中國(guó)紡織行業(yè)必須加大在這些核心領(lǐng)域的創(chuàng)新研究力度。

1 紡織纖維材料

目前,中國(guó)纖維加工總量約占世界的50%,其中化纖產(chǎn)量更是名列前茅,約占全世界的70%[1],纖維的出口總額約占全世界的33%?；瘜W(xué)纖維材料的應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛,產(chǎn)量、品質(zhì)和產(chǎn)品附加值不斷提高,但仍存在一些不足:支撐先進(jìn)纖維材料開發(fā)的關(guān)鍵原材料(如生物基單體、功能添加劑、催化劑等)依賴進(jìn)口;常規(guī)纖維仍不能滿足相關(guān)領(lǐng)域?qū)Σ顒e化、高功能等的需求;高端功能纖維專用技術(shù)與裝置水平低,其產(chǎn)業(yè)體系配套能力較弱;高端功能纖維規(guī)?；苽?不論從纖維的質(zhì)量(如均勻性和穩(wěn)定性),還是其生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用廣度,與國(guó)外仍存在一定的差距。隨著科技的不斷變革和發(fā)展,材料技術(shù)逐漸處于前沿位置,其中纖維材料以其高強(qiáng)度、輕質(zhì)化、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn),在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,從而進(jìn)一步提升了紡織行業(yè)的價(jià)值。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,纖維制備技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。纖維材料從最初的自然纖維發(fā)展到現(xiàn)在的生物纖維和化學(xué)纖維[2],各種纖維制備工藝技術(shù)不斷改進(jìn)。

1.1 化學(xué)纖維高效柔性制備技術(shù)

化學(xué)纖維高效柔性制備技術(shù)主要用于制備差別化氨綸與錦綸。2023年YarnExpo春夏紗線展,連云港杜鐘新奧神氨綸有限公司發(fā)布了溫感形狀記憶氨綸和消臭氨綸[3-4]。溫感形狀記憶氨綸通過溫度的變化改變面料彈性,實(shí)現(xiàn)形狀記憶;消臭氨綸則可在短時(shí)間內(nèi)迅速吸附異味分子,起到消臭功能。此外,奧神氨綸緊跟大健康、環(huán)保發(fā)展方向,不斷開發(fā)原液著色氨綸、衛(wèi)材氨綸等差別化氨綸。差別化氨綸的開發(fā),積極推動(dòng)了氨綸制備技術(shù)向智能化、可持續(xù)化發(fā)展。在錦綸制備方面,2021年中國(guó)錦綸的產(chǎn)量為415萬t,較2020年增加了30.75萬t,同比增長(zhǎng)7%;2022年中國(guó)錦綸的產(chǎn)量達(dá)410萬t,較2021年減少了5萬t,同比減少1%。國(guó)內(nèi)錦綸的生產(chǎn)主要受其關(guān)鍵原料己二腈的制約[5],但在2022年,天辰齊翔新材料有限公司的20萬t/年己二腈裝置,有效緩解了原料制約局面[6]。

1.2 基礎(chǔ)纖維功能化制備技術(shù)

基礎(chǔ)纖維功能化制備技術(shù)通過共聚、共混、復(fù)合紡絲等方法,開發(fā)抗菌、抗靜電、光致變色、生物可降解纖維等復(fù)合多功能化學(xué)纖維。以PBS纖維為例,它是以自然界中可再生農(nóng)作物為原料,經(jīng)發(fā)酵等途徑生產(chǎn)的可生物降解纖維,具有良好的加工性能、機(jī)械性能和生物相容性能,廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)[7-8]。

1.3 高性能纖維一體化制備技術(shù)

高性能纖維一體化制備技術(shù)致力于突破高性能纖維及其復(fù)合材料的制備,實(shí)現(xiàn)高性能纖維的一體化設(shè)計(jì)、加工和制造,以解決材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的瓶頸。但中國(guó)對(duì)超高分子質(zhì)量聚乙烯的研究相對(duì)較晚,目前整體產(chǎn)能呈現(xiàn)中低端過剩和高端產(chǎn)能不足的狀態(tài)。截至2022年,中國(guó)超高分子質(zhì)量聚乙烯產(chǎn)能僅約13.8萬t/年,該產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)發(fā)展階段,存在有效供給不足的問題。

1.4 生物基化學(xué)纖維規(guī)模化加工技術(shù)

在生物基化學(xué)纖維領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于實(shí)現(xiàn)如萊賽爾纖維[9]、生物基聚酰胺纖維[10]、聚呋喃二甲酸乙二醇酯纖維[11]等高品質(zhì)差別化產(chǎn)品高效制備技術(shù)的突破,強(qiáng)化制備技術(shù)應(yīng)用開發(fā)。

2 紡織智能制造

自“十三五”規(guī)劃實(shí)施以來,紡織行業(yè)在數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用方面取得了顯著的進(jìn)步。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)紡織智能織造得到了長(zhǎng)足發(fā)展,不僅智能制造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,智能制造加工技術(shù)也得以穩(wěn)步提升?！吨袊?guó)制造2025》顯示,智能制造將成為中國(guó)制造的主流。各企業(yè)正在加速向智能化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型,紡織行業(yè)也將不斷向智能化方向高速發(fā)展。通過實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)系統(tǒng)、關(guān)鍵紡織智能裝備及零部件和紡織專用機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化,著力打造基于信息新技術(shù)的紡織行業(yè)智能化工廠。

關(guān)鍵共性技術(shù)大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人等是目前紡織智能制造發(fā)展的重點(diǎn)。圍繞智能制造共性技術(shù),需進(jìn)一步提升紡織各細(xì)分行業(yè)的智能制造產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用水平。在智能制造與裝備方面,還需要提升以下技術(shù)水平。

2.1 高技術(shù)化學(xué)纖維關(guān)鍵裝備加工技術(shù)

高技術(shù)化學(xué)纖維制備技術(shù)是纖維行業(yè)的核心科技,加工設(shè)備的智能化能夠提升高技術(shù)化學(xué)纖維制備水平,因此成為企業(yè)發(fā)展重點(diǎn)[12-13],被廣泛應(yīng)用于高技術(shù)化學(xué)纖維制備流程的各環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)工藝設(shè)備進(jìn)行智能化升級(jí)后,高技術(shù)化學(xué)纖維生產(chǎn)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接,便于車間智能化管理[14];自動(dòng)巡檢機(jī)器對(duì)化纖生產(chǎn)過程中的飄絲、斷頭等實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行合理分析,便于工作人員進(jìn)行精準(zhǔn)處理,從而使高技術(shù)化學(xué)纖維的生產(chǎn)效率不斷提高[15]。

2.2 紡紗智能裝備加工技術(shù)

紡紗行業(yè)向智能化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型,離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。通過搭建含蓋原料、生產(chǎn)到工廠管理及產(chǎn)品溯源的全流程智能化紡紗系統(tǒng)[16],為關(guān)鍵工序提供保障,提高生產(chǎn)管理效率;通過搭建梳并聯(lián)自動(dòng)輸送、精梳自動(dòng)換卷輸送、自動(dòng)接頭等生產(chǎn)流程的智能系統(tǒng),提升紡紗硬件關(guān)鍵技術(shù)水平,并對(duì)紡紗過程數(shù)字化調(diào)控[17-19],助力紡紗裝備向高效智能化發(fā)展。

2.3 織造關(guān)鍵裝備加工技術(shù)

2020年ITMA中國(guó)國(guó)際機(jī)械展中的各類新型織造設(shè)備,展示了高效節(jié)能、數(shù)字智能化方向的最新成果[20]。國(guó)產(chǎn)整經(jīng)機(jī)、自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)穩(wěn)定性提升,減少了織造過程對(duì)人工的依賴。江陰市華方新技術(shù)科研有限公司研發(fā)了高速智能整經(jīng)機(jī)可生產(chǎn)包含120根以上化纖的經(jīng)軸,該設(shè)備配備的視覺斷紗自停系統(tǒng)通過相機(jī)識(shí)別報(bào)警,智能化水平較高;深圳海弘裝備技術(shù)有限公司研發(fā)了長(zhǎng)絲高速全自動(dòng)穿經(jīng)機(jī),穿經(jīng)運(yùn)行速度高達(dá)260根/min,大大提升了生產(chǎn)效率。

2.4 高效環(huán)保印染加工技術(shù)

智能化、數(shù)字化在印染行業(yè)中的應(yīng)用,不僅可以提升染色效率,還能節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)高效減碳[21-22]。采用高能效電動(dòng)機(jī)及設(shè)備,從源頭降低能耗;建立智慧計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)與全流程數(shù)字化管理應(yīng)用系統(tǒng),合理利用原料,改善染色過程中用時(shí)長(zhǎng)、耗電等現(xiàn)象;建立數(shù)字化染色工廠,通過對(duì)生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控完成對(duì)染色工藝的精準(zhǔn)調(diào)控。智能制造推進(jìn)了印染行業(yè)與信息、互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的充分融合,促進(jìn)印染行業(yè)向高效環(huán)保方向發(fā)展。

2.5 高速寬幅非織造布加工技術(shù)

自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)的普及和應(yīng)用,促進(jìn)了非織造布生產(chǎn)逐漸向?qū)挿?、高速高效、?jié)能方向發(fā)展。水刺、針刺、紡粘、熔噴等所用的非織造裝備進(jìn)一步向智能化、自動(dòng)化提升,提高了設(shè)備可靠性,解決了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化、控制系統(tǒng)智能化等難題[23-25]。機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺圖像處理等計(jì)算機(jī)技術(shù)常用于非織造布面質(zhì)量檢測(cè),提高了布料的質(zhì)量分級(jí)效率[26]。非織造裝備自動(dòng)化程度的提高、節(jié)能減排關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā),為國(guó)內(nèi)非織造布加工設(shè)備的智能化開拓了廣闊的發(fā)展空間。

2.6 智能化服裝和家紡裝備加工技術(shù)

在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用與推動(dòng)下,智能服裝加工技術(shù)不斷發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售的全方位數(shù)字化。目前,數(shù)字化軟件已實(shí)現(xiàn)靜態(tài)織物結(jié)構(gòu)三維仿真、服裝虛擬展示,以及三維動(dòng)態(tài)的織造過程仿真演示及服裝走秀,大幅提升了服裝設(shè)計(jì)開發(fā)的視覺效果。在服裝三維展示基礎(chǔ)上,基于人工智能的服裝個(gè)性化定制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。阿里巴巴Fashion AI、韓國(guó)休閑品牌“SJYP”與德西格公司合作推出人工智能設(shè)計(jì)的服裝、Browzwear SmartDesign智能設(shè)計(jì)模板、印度電商網(wǎng)站Myntra服裝隨機(jī)生成以及Adidas在德國(guó)柏林開啟了第一家針織高端定制門店,這些個(gè)性化定制結(jié)合了3D智能量體裁衣、服裝智能自動(dòng)裁剪、成衣物流智能配送等技術(shù),同時(shí)滿足了消費(fèi)者對(duì)便捷化、個(gè)性化與舒適性的需求。

在智能化技術(shù)驅(qū)動(dòng)下,家紡公司也逐漸向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。一般家紡產(chǎn)品體量大,人工縫制十分不便,蘇州瓊派瑞特電子科技有限公司(TPET)開創(chuàng)的“四邊縫”技術(shù)[27]通過自動(dòng)智能化設(shè)備很好地解決了這個(gè)問題,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切料、送料、封口等。夢(mèng)潔家紡股份有限公司打造了智能化工廠模式,該模式通過智能技術(shù)與生產(chǎn)流水線、生產(chǎn)控制中心、生產(chǎn)過程執(zhí)行管控、倉(cāng)儲(chǔ)與物流的結(jié)合[28],將智能制造貫穿于各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2.7 先進(jìn)紡織儀器制備技術(shù)

紡織儀器的智能化測(cè)試是提高紡織品優(yōu)率的一大重要環(huán)節(jié)。烏斯特有限公司是生產(chǎn)紡織品質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的公司,不斷研發(fā)自動(dòng)電子清紗器、USG自調(diào)勻整系統(tǒng)等紡紗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)修正技術(shù),穩(wěn)定和提高了紗線質(zhì)量,在生產(chǎn)過程中消除疵點(diǎn)次品,滿足人們對(duì)高品質(zhì)紗線的需求。此外,人工智能檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在紡織服裝檢測(cè)中[29],其結(jié)合了數(shù)字技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行布面疵點(diǎn)、破洞的監(jiān)測(cè),提高了布面質(zhì)量。

2.8 紡織機(jī)械智能化加工技術(shù)

紡織智能機(jī)械是紡織智能制造與生產(chǎn)的設(shè)備基礎(chǔ),研發(fā)紡織智能生產(chǎn)線,將紡織機(jī)械的智能控制、生產(chǎn)信息化、智能機(jī)器人、智能檢測(cè)等融合到全流程數(shù)字化生產(chǎn)中,利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行紡織生產(chǎn)、數(shù)據(jù)收集與分析、工廠管理等,代替人工作業(yè),保障生產(chǎn)可靠性,提高加工質(zhì)量。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于紡織產(chǎn)業(yè)的各大車間[30],實(shí)現(xiàn)面料生產(chǎn)染色的智能調(diào)度。BMSvision MES系統(tǒng)通過智能無線網(wǎng)絡(luò)連接各大生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)節(jié),將設(shè)備的運(yùn)行信息上傳至管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)告、調(diào)度、預(yù)防性維護(hù)、織物檢查等[31]。

3 紡織綠色加工

傳統(tǒng)紡織業(yè)在快速發(fā)展過程中,不可避免地造成了原料過度消耗、能源浪費(fèi)及紡織品廢棄[32],導(dǎo)致紡織行業(yè)對(duì)于環(huán)境資源的污染浪費(fèi)大大增加,紡織行業(yè)每年的碳排放量高達(dá)33億t[33]。紡織行業(yè)碳排放量長(zhǎng)期居高不下的原因?yàn)?合成纖維制造原料主要為煤與石油;傳統(tǒng)紡織生產(chǎn)流程長(zhǎng),導(dǎo)致其對(duì)能源的高依賴性;快時(shí)尚消費(fèi)造成大量廢棄紡織品等。

紡織品全生命周期包含纖維生產(chǎn)、紡紗織造、染整加工、成品制造、銷售使用與回收處理,為滿足“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)要求下的紡織行業(yè)低碳發(fā)展需求,在紡織品全生命周期中應(yīng)融入數(shù)字技術(shù),推進(jìn)紡織加工向數(shù)字智能化、綠色節(jié)能化方向發(fā)展[34]。紡織行業(yè)對(duì)環(huán)保的控制要從末端防污染推廣到全生產(chǎn)流程控制,并就生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性的合理減排,精準(zhǔn)治理。

3.1 纖維生產(chǎn)

紡織品由纖維編織而成,因此對(duì)纖維生產(chǎn)進(jìn)行可持續(xù)化綠色把控至關(guān)重要。綠色纖維分為生物質(zhì)化學(xué)纖維、循環(huán)利用纖維和原液著色纖維[35]。再生纖維素纖維、再生蛋白質(zhì)纖維、生物質(zhì)合成纖維、殼聚糖與海藻纖維等均屬于生物質(zhì)化學(xué)纖維。生物質(zhì)化學(xué)纖維來源于自然,原材料污染小,合成加工過程污染少,可循環(huán)重復(fù)利用[36],符合綠色可持續(xù)發(fā)展理念。循環(huán)利用纖維是通過物理或化學(xué)方法將廢棄塑料、廢棄紡織原料、廢棄紡織品等重新制備成纖維?；厥諒U棄產(chǎn)品,不僅可以增加纖維原料,而且降低了廢舊紡織品對(duì)環(huán)境造成的壓力。原液著色纖維是在纖維生產(chǎn)原液中添加具有較好分散穩(wěn)定性的染色劑,減少纖維后到染色工序,降低染色過程對(duì)水體、能源等的污染、浪費(fèi)。

3.2 紡紗織造

傳統(tǒng)紡紗工序煩瑣復(fù)雜、用工較多,是紡織產(chǎn)業(yè)造成能源消耗、碳排放與環(huán)境污染的主要環(huán)節(jié),因此研發(fā)綠色生產(chǎn)裝備、使用綠色生產(chǎn)技術(shù)極為重要。①結(jié)合智能化技術(shù),對(duì)紡紗設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),如采用數(shù)字化棉紡裝備自動(dòng)并條機(jī)、自動(dòng)精梳機(jī)、自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)等[37],提高紡紗生產(chǎn)效率,降低能源消耗。②“人-機(jī)-料-法-環(huán)”五位一體的紡紗新策略,使傳統(tǒng)紡紗流程逐漸向短流程高速紡紗技術(shù)、超短流程紡紗技術(shù)和超紡技術(shù)發(fā)展,減少了不必要的紡紗流程,達(dá)到節(jié)能減排效果[38]。③在紗線后道處理工序中,采用環(huán)保型紡織漿料代替PVA漿料,能夠大幅度減少對(duì)環(huán)境的污染。

3.3 染整加工

傳統(tǒng)紡織染整加工過程中會(huì)消耗大量水資源和能源,排放大量廢水廢氣。目前,少水、無水印染及高效、低成本處理技術(shù)逐漸被廣泛使用,如無水印染中的超臨界流體技術(shù)。傳統(tǒng)染整中使用水作為介質(zhì)對(duì)紡織品進(jìn)行染色,無水印染中的超臨界流體技術(shù)使用超臨界二氧化碳流體,增加了上染率,縮短染色流程,且達(dá)到了零排放、無污染的清潔生產(chǎn)要求[39]。荷蘭DyeCoo公司于2008年首次使用超臨界二氧化碳染色設(shè)備。隨后,該公司推出了使用相同技術(shù)的經(jīng)軸染色裝備系統(tǒng)。2012年夏天Adidas公司的無水印染服裝銷量高達(dá)5萬件。國(guó)內(nèi)也有部分企業(yè)使用該技術(shù),傳統(tǒng)水染需要使用8～12 h完成,而青島即發(fā)集團(tuán)建立的超臨界二氧化碳無水染色產(chǎn)業(yè)化示范線僅需3～4 h即可完成染色,大大提高了染色效率。

3.4 成品制造

隨著數(shù)字化技術(shù)的興起,數(shù)字智能化技術(shù)逐漸取代了成品制造階段的人力。先進(jìn)的布料裁剪設(shè)備、自動(dòng)縫紉設(shè)備、智能排產(chǎn)設(shè)備的使用,能夠盡可能降低由人為造成的廢件消耗,且智能排產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)C(jī)器運(yùn)行時(shí)間、布料等進(jìn)行最大限度的合理分配,從而縮短成品生產(chǎn)周期,減少面料與能耗浪費(fèi),在提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)達(dá)到了綠色生產(chǎn)的要求。例如,自動(dòng)化襯衫部件生產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)γ媪线M(jìn)行精確裁剪縫制,實(shí)現(xiàn)服裝的大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)[40]。

3.5 銷售使用

傳統(tǒng)的銷售方式以實(shí)體經(jīng)營(yíng)為主,在銷售運(yùn)輸過程中會(huì)增加其他能源消耗。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,線上銷售模式逐漸興起,消費(fèi)者可通過網(wǎng)絡(luò)訂購(gòu)?fù)瓿少?gòu)買,產(chǎn)品則可由工廠直接發(fā)往目的地,從而減少了運(yùn)輸過程與實(shí)體渠道的資源浪費(fèi)。此外,線上銷售模式還能通過數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)需求、利潤(rùn)、價(jià)格等銷售結(jié)果進(jìn)行建模計(jì)算,實(shí)現(xiàn)服務(wù)和收益最大化[41]。隨著互聯(lián)網(wǎng)服裝消費(fèi)量的增加,虛擬技術(shù)被引入服裝銷售行業(yè)[42]。顧客可以在線上通過三維虛擬試衣選擇款式,且銷售數(shù)據(jù)可根據(jù)實(shí)際銷售額進(jìn)行反饋,從而預(yù)測(cè)顧客對(duì)款式的選擇行為。深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用,大大提高了服裝銷量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率[43],如利用LSTM模型預(yù)測(cè)溫度對(duì)各類服裝銷量的影響[44],并對(duì)針對(duì)不同溫度的服裝生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用。

3.6 回收處理

目前,中國(guó)每年產(chǎn)生2 600萬t廢舊紡織品,其中化學(xué)纖維約為1 800萬t,占比大;天然纖維約800萬t,資源浪費(fèi)嚴(yán)重?！都徔椥袠I(yè)“十四五”科技、時(shí)尚、綠色發(fā)展指導(dǎo)意見》中指出,廢舊紡織品的回收及高值化利用圍繞成分識(shí)別及分離進(jìn)行研究,對(duì)廢舊聚酯、廢舊氨綸的清潔再生和循環(huán)利用技術(shù)進(jìn)行突破和創(chuàng)新。廢舊聚酯紡織品及瓶片經(jīng)過粉碎、清洗、紡絲等處理[45],制成純凈再生纖維,實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)使用、再生循環(huán)、節(jié)能減排。據(jù)計(jì)算,1 t再生化纖紗線由約67 000個(gè)塑料瓶回收制成,可減少二氧化碳4.2 t,節(jié)省石油0.036 4 t,節(jié)省水6.2 t。

為響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)的“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略,解決了服裝回收難的問題,融合服裝回收的閉環(huán)供應(yīng)鏈應(yīng)運(yùn)而生。該閉環(huán)供應(yīng)鏈集合供應(yīng)商、經(jīng)銷商、原料種類等多種參數(shù)建立了數(shù)學(xué)模型,計(jì)算在回收利用過程中碳排放量,并針對(duì)性地提出相應(yīng)決策方案,減少了供應(yīng)鏈運(yùn)行過程中的碳排放[46]。一些高校學(xué)生通過問卷的方式對(duì)舊衣回收情況進(jìn)行了調(diào)查,并根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定了線下線上宣傳策略,對(duì)回收模型也進(jìn)行了優(yōu)化[47]。

4 先進(jìn)紡織制品

在發(fā)達(dá)國(guó)家的紡織市場(chǎng)中,先進(jìn)紡織品占有率位于前列;在歐洲紡織市場(chǎng),先進(jìn)紡織品占有率達(dá)40%以上。雖然中國(guó)也將先進(jìn)紡織品作為重點(diǎn)研發(fā)方向之一,但由于起步較晚,在設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品功能方面還未達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！督ㄔO(shè)紡織現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系行動(dòng)綱要(2022—2035年)》中提出,目前中國(guó)先進(jìn)紡織品的發(fā)展目標(biāo)是:在適應(yīng)不斷升級(jí)的居民消費(fèi)需求下,能夠基本滿足下游市場(chǎng)應(yīng)用,并且提升功能紡織消費(fèi)品、智能紡織品的品質(zhì),建立相對(duì)完善的先進(jìn)紡織品生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范和檢測(cè)認(rèn)證體系,部分重點(diǎn)產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。目前,先進(jìn)紡織品廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、汽車工業(yè)、衛(wèi)生醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,擁有廣闊的應(yīng)用空間。

4.1 全成形針織產(chǎn)品

全成形針織服裝以整件狀態(tài)、直接三維立體方式一次性編織,無需裁剪、縫合,即可形成體感輕盈、穿著柔軟舒適的針織產(chǎn)品。由于全成形針織服裝一體成形的特點(diǎn),在下機(jī)時(shí)無需再次套口縫合,減少生產(chǎn)流程,節(jié)約53%用工的同時(shí),還能減少原料消耗,紗線損耗比衣片縫合降低了2%。據(jù)統(tǒng)計(jì),生產(chǎn)1件成衣,使用傳統(tǒng)打樣、織造、裁剪、縫合的方法需要大約1個(gè)月,而使用全成形方法15 d左右即可交貨,縮短了從下單到織造交貨的周期[48]。除此之外,全成形針織產(chǎn)品改變了針織產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和流通方式,在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下,用戶根據(jù)款式、材質(zhì)、顏色和人體尺寸即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速定制。

4.2 風(fēng)力發(fā)電

2020年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量為93 GW,比2019年增加了53%,其中中國(guó)新增71.67 GW,目前,中國(guó)復(fù)合材料葉片年產(chǎn)量超過20萬t。風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)葉片中復(fù)合材料占整個(gè)葉片總質(zhì)量的90%[49],其中經(jīng)編多軸向復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、抗疲勞、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特性,大量用于風(fēng)力發(fā)電葉片。經(jīng)編軸向結(jié)構(gòu)以及混雜材料的合理配置,成為進(jìn)一步提升經(jīng)編軸向結(jié)構(gòu)風(fēng)電產(chǎn)品綜合性能的重要途徑;材料制備成型工藝不斷向更高精度、更短流程發(fā)展,將進(jìn)一步提升風(fēng)電材料的品質(zhì)和生產(chǎn)效率[50]。

4.3 航空航天領(lǐng)域

紡織品材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛[51],紡織復(fù)合材料在該領(lǐng)域的發(fā)展空間也十分廣闊,例如宇航服、降落傘、飛行器機(jī)翼、機(jī)身、導(dǎo)流罩和內(nèi)部裝飾等。經(jīng)編軸向復(fù)合材料為無屈曲結(jié)構(gòu)[52],由于其質(zhì)量輕、體積小、強(qiáng)度大,彈性模量大,且具有良好的阻燃性能,常用于飛機(jī)殼體的制備。航天器對(duì)于自身質(zhì)量有較高的要求,碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)減輕了運(yùn)載火箭總質(zhì)量的30%,提高了航天器的安全性。柔性氣凝膠及其復(fù)合材料具有耐高溫、超薄高強(qiáng)的特點(diǎn),常用于宇航服等防熱材料航空航天用品。

4.4 汽車領(lǐng)域

隨著人們對(duì)汽車材料的安全、保暖、隔音性能要求逐漸提高,汽車用紡織品的需求量也越來越大。目前,全球汽車用紡織品年需求量在10億m2以上,美國(guó)每年用于汽車內(nèi)的紡織品達(dá)2億m2以上,歐洲年需求量1億m2。

經(jīng)編多軸向曲面復(fù)合材料整體塑性變形小,成型性能優(yōu)異,不易產(chǎn)生應(yīng)力集中,在碰撞后恢復(fù)能力強(qiáng),通過材料內(nèi)部的損傷來實(shí)現(xiàn)能量吸收,因此多用于汽車殼體的制備。在碰撞事故發(fā)生時(shí),可更有效地保護(hù)車內(nèi)成員安全,安全帶和安全氣囊同樣是保障行駛安全的重要部件[53]。研究發(fā)現(xiàn),為使安全帶耐磨舒適,不加捻的紗線被廣泛應(yīng)用于安全帶的制造,此類紗線不僅提高了安全帶的密度,還提高了拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度。目前,安全氣囊普遍采用高強(qiáng)度的錦綸66進(jìn)行編織,并復(fù)合耐熱性更強(qiáng)的硅橡膠,以提高氣囊的耐熱性[53]。美國(guó)Allied Signal公司生產(chǎn)的Saty Gard PA6氣囊由長(zhǎng)絲織造,抗撕裂性、抗沖擊性等均優(yōu)于錦綸66氣囊,是目前使用較多的氣囊。

4.5 土工建筑領(lǐng)域

土工建筑紡織品常用于土壤加固、排水、斜坡防護(hù)等[54]。中國(guó)建筑用紡織品纖維加工量維持穩(wěn)步上升趨勢(shì),預(yù)計(jì)2024年將會(huì)達(dá)到129萬t。目前,紡織品在土工建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要以軸向結(jié)構(gòu)為主,采用碳纖維雙軸向經(jīng)編結(jié)構(gòu)增強(qiáng)混凝土可減少70%水泥用量,密度僅為原鋼結(jié)構(gòu)混凝土的20%,但抗拉強(qiáng)度為鋼材的10倍,且更加耐腐蝕,穩(wěn)定性更強(qiáng),使用壽命可達(dá)到500年[55]。經(jīng)編土工織物和緯編多層軸向織物以全幅襯緯結(jié)構(gòu)為特征,與瀝青復(fù)合可作為地震多發(fā)區(qū)域墻體的補(bǔ)強(qiáng)材料。經(jīng)編襯緯間隔織物與混凝土復(fù)合,具有設(shè)計(jì)靈活、節(jié)約成本等特點(diǎn),作為房屋墻體材料,實(shí)現(xiàn)了低厚度、高強(qiáng)度的要求。

4.6 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

紡織技術(shù)的進(jìn)步,推動(dòng)農(nóng)業(yè)用紡織品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,進(jìn)而促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步。在現(xiàn)代高科技的支持下,國(guó)內(nèi)農(nóng)林用紡織品在產(chǎn)業(yè)用紡織品中占比4%～5%,國(guó)際上達(dá)到15%,但仍有較大提升空間。

農(nóng)業(yè)用紡織品的應(yīng)用環(huán)境變化較大,時(shí)常需要經(jīng)受風(fēng)吹日曬及各種氣候環(huán)境考驗(yàn)。因此,農(nóng)業(yè)用紡織品的性能要求較高,需要具有良好的干、濕強(qiáng)度,耐氣候性、耐光學(xué)性和耐化學(xué)性,具有透氣、透濕性,不影響農(nóng)作物生長(zhǎng)。大棚織物能夠增加植物的產(chǎn)量,例如采用無紡布浮排覆蓋能夠促進(jìn)植物的出苗[56]。高強(qiáng)滌綸絲PVC織造而成的雙軸向涂層布柔性材料作為大棚墻體,可使得土地利用率相比傳統(tǒng)日光大棚提高30%～50%[57-58]。此外,大棚織物還需要較好的生物降解性,大棚布及作物生長(zhǎng)基材能夠降解,不污染環(huán)境。灌溉用紡織品常采用機(jī)織、針織或非織造管織造,通過調(diào)整灌溉用紡織品的織造工藝參數(shù)來改變布面上網(wǎng)眼大小及分布,保證出水柔和均勻。微氣候調(diào)節(jié)用紡織品可以調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度,改變不同作物的環(huán)境光照,提前或延后作物生產(chǎn)期,使作物增產(chǎn)10%～20%。

4.7 海洋工程領(lǐng)域

紡織材料作為海洋工程的基礎(chǔ)材料應(yīng)用十分廣泛,尤其是經(jīng)編網(wǎng)類材料,性能獨(dú)特,在海洋工程中發(fā)揮著不可替代的作用。

特寬幅經(jīng)編網(wǎng)格織物材料抗風(fēng)能力強(qiáng),抗海水腐蝕性強(qiáng),抗沖擊性能高,滿足了海洋防護(hù)工程的需求。海洋養(yǎng)殖業(yè)中,貝類養(yǎng)殖占全國(guó)海洋養(yǎng)殖業(yè)總產(chǎn)量75%,但海洋養(yǎng)殖藻類只占10.5%,魚類與蝦蟹類僅占7%,海洋養(yǎng)殖有極大的發(fā)展?jié)摿?這對(duì)海洋養(yǎng)殖設(shè)施(如海洋養(yǎng)殖箱體材料)提出了新要求。目前,許多學(xué)者著力于海洋養(yǎng)殖網(wǎng)箱的水動(dòng)力載荷研究[59-60],通過有限元法、數(shù)值研究法等對(duì)網(wǎng)箱織物在純流、波流等作用下的張力和面法向偏移進(jìn)行研究,對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

4.8 醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

目前,全球醫(yī)療業(yè)發(fā)展迅速,技術(shù)水平提升快,對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生用紡織品的需求也逐步增加。為此,通過醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與紡織領(lǐng)域的交叉結(jié)合,開發(fā)出許多復(fù)合性、高安全性等醫(yī)療用紡織品。

植入式醫(yī)用紡織材料包括人工支架、人造血管、人工關(guān)節(jié)、疝氣補(bǔ)片等,一般采用經(jīng)編、立體編織技術(shù)得到管狀織物,再進(jìn)行涂層復(fù)合工藝得到成品。對(duì)人工支架等植入式醫(yī)用紡織品形狀性能的研究,可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸、形狀、材料、性能等提供科學(xué)依據(jù)[61]。感染防護(hù)產(chǎn)品主要包括手術(shù)衣、帽、口罩、手術(shù)包等,其原料主要是紡粘非織造布、熔噴非織造布、針織布等。紡熔復(fù)合非織造布具有獨(dú)特的超微細(xì)纖維的致密中間層,對(duì)微生物有良好的阻擋效果,能夠?yàn)獒t(yī)患提供更好保護(hù),降低手術(shù)感染風(fēng)險(xiǎn),減少抗生素使用[62]。以抗菌紗線為原料的針織全成形口罩不僅能夠起到抗菌作用,其一次成形技術(shù)還能提高口罩的舒適性和生產(chǎn)效率,為口罩設(shè)計(jì)開發(fā)提供新思路[63]。

4.9 智能紡織品

隨著科技發(fā)展和民生消費(fèi)逐漸增強(qiáng),智能穿戴設(shè)備逐漸成為消費(fèi)的熱點(diǎn)之一,全球銷量不斷攀升,2020年銷售智能穿戴設(shè)備4.5億臺(tái),預(yù)估到2025年,銷售量將達(dá)到近8億臺(tái)。智能穿戴設(shè)備從手戴式的智能眼鏡、智能手表到穿著式的智能服裝、智能鞋材等,對(duì)人們生活產(chǎn)生了積極影響,有巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著對(duì)運(yùn)動(dòng)及健康監(jiān)控的要求提高以及5G的發(fā)展,智能紡織品必然會(huì)得到快速發(fā)展。

智能可穿戴設(shè)備結(jié)合了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、柔性元件技術(shù)等,可在使用過程中完成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、收集與分析等[64]。由于其移動(dòng)性佳、使用簡(jiǎn)便、交互性好,智能可穿戴設(shè)備在各領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。在運(yùn)動(dòng)時(shí)配備心率監(jiān)測(cè)帶,能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)心率變化,對(duì)運(yùn)動(dòng)員起到呼吸指導(dǎo)與提醒作用。智能運(yùn)動(dòng)服與智能跑鞋[65-66]的應(yīng)用也能夠通過數(shù)據(jù)分析及反饋提高運(yùn)動(dòng)效率。在醫(yī)療健康領(lǐng)域,常見的心電檢測(cè)服裝、智能嬰兒襪、智能手套等,通過傳感器監(jiān)測(cè)人體的狀態(tài)行為變化,便于醫(yī)護(hù)人員及時(shí)獲取病患信息。此外,熱感變色服飾、智能發(fā)光服飾、觸摸電容手套、LED制服、反偵察隱形服裝等智能紡織品,都為人們生活工作帶來極大便利。

5 結(jié)語

紡織科技的蓬勃發(fā)展對(duì)紡織品開發(fā)提出了新要求,加速了新技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用,不斷推進(jìn)了紡織技術(shù)的革新。紡織品不僅滿足于普通服裝領(lǐng)域需求,在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展空間也十分廣闊,含蓋了纖維制造、面料織造、綠色加工及產(chǎn)品應(yīng)用等各方面。智能制造在紡織行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展,不斷加快著傳統(tǒng)紡織業(yè)向智能化、數(shù)字化的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級(jí)。未來,我們要抓住新一輪產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)遇,迅速融入“智能制造”與“綠色制造”行動(dòng)計(jì)劃,加快紡織業(yè)與其他領(lǐng)域的交叉融合,提升傳統(tǒng)紡織行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。