棉花與化學纖維產業及加工工藝簡述

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〔鄭州棉麻工程技術設計研究所,河南鄭州450004〕

一、我國棉花產業概述

棉花是錦葵科棉屬植物的種籽纖維，原產于印度和阿拉伯，約在宋末元初開始在我國內地開始種植，逐漸成為我國重要的紡織材料。

目前，棉花是世界上最主要的農作物之一，在我國更有著關系國計民生的舉足輕重的戰略性地位。在20世紀50年代，全國棉花播種面積378.6萬hm2，總產量69萬t。20世紀70年代，全國棉花播種面積467萬hm2，總產量達202萬t。20世紀80年代，我國棉花生產高速發展，成為世界上的產棉大國。20世紀90年代最高年量達到568萬t。2000年-2014年，我國棉花產量在2007年峰值達到762.4萬t，之后因種植面積的變化有下降的趨勢，2014年產量為616.1萬t。中國有三大產棉區，黃河流域、長江流域、新疆棉區。近年來，由于產業結構的調整，黃河流域、長江流域的種植面積逐步萎縮，新疆棉區的種植面積迅速增長，其產量占到了全國總產量的2/3。根據公開資料，2018年全國棉花總產量609.6萬t，比2017年增加44.4萬t，增長7.8%。其中新疆棉區總產量達到511.1萬t。棉花種植從小農模式的散戶、小規模化向規模化、技術化、集成化全產業鏈發展的趨勢很明顯。

中國是產棉大國，也同時是棉花消費大國，紡織產業一直是我國的傳統出口創匯型產業，因為每年需求原棉1 000萬t以上，國產棉花自給率僅60%，所以還要大量的進口來補充需求。2017年，我國棉花進口主要來自美國、澳大利亞、印度、烏茲別克斯坦和巴西，進口量分別為50.6萬t、25.8 萬 t、11.2萬t、9.3萬t和6.7萬t。

圖1 各年份的棉花產量

二、我國棉花加工工藝概述及設備簡介

棉花加工工藝流程是通過對籽棉進行加工，使之成為皮棉、短絨、棉籽的過程。隨著我國棉花加工行業的不斷發展和棉花質量檢驗體制改革的不斷深入，棉花加工行業已經向效益型、集約化和大型化方向發展，逐漸向國際化接軌。在充分吸收國內外先進技術的基礎上，結合我國國情，近幾年，國內棉機制造商陸續開發出了自動化程度高、可靠性好的手摘棉（圖2）和機采棉加工工藝流程及成套設備（圖3）。棉機成套設備的迅猛發展及快速定型也帶來了軋花工藝流程的日臻成熟。我國棉花加工主要有手摘棉和機采棉加工工藝。由于內地地塊小且植棉面積逐漸縮小，因此，內地一般使用的是手摘棉的加工模式。而新疆棉區，因為規模化種植棉花，地塊面積較大，所以適應了機采棉的發展。機采棉最大優勢是大幅度降低棉花采摘成本，有效緩解勞動力緊張的局面，并大幅減少了勞動強度，機采棉較常規手采棉可節約成本3 000元/hm2～6 000元/hm2（200元/畝～400元/畝）。兵團在三大棉區已基本全覆蓋機采棉模式，北疆地方也基本實現全部機械采棉。近年來南疆機采棉種植面積的快速增加，其棉花加工生產線也都是按機采棉模式設置。從圖2和圖3對比可以看出，在機采棉中普遍采用了自動喂棉機、異纖清理機，對籽棉清理、皮棉清理、烘干等工藝都有加強。在近幾年的機采棉工藝還增加了籽棉加濕和皮棉加濕系統，在線回潮率檢測系統和棉花質量檢驗系統，自動打扣和刷嘜系統，碼包系統。機采棉設備和工藝正不斷向自動化和智能化發展。

圖2 國內目前最常用典型的手摘棉工藝流程

圖3 國內目前最常用典型的機采棉工藝流程

三、我國化學纖維產業概述

化學纖維是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物為原料，經過制備紡絲原液、紡絲和后處理等工序制得的具有紡織性能的纖維。相比棉花纖維，化學纖維種類、制備工藝和功能多而復雜。天然高分子化合物再生纖維素纖維主要是以黏膠為代表。人工合成的高分子化合物合成纖維，常用的有滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸、氨綸等。另外，化學合成纖維還可以按幾何形狀分為長絲、短纖維、異形纖維、復合纖維和變形絲。按照用途分為普通纖維和特種纖維。

表1 2010年化纖產量

根據日本化纖協會公開發布新聞“內外化學纖維生產動向”中顯示，2017年全球主要的化纖產量6 567萬t：滌綸長絲3 717萬t，同比增加5%；滌綸短纖維1 660萬t，同比增加4%；錦綸493萬t，同比增加6%；腈綸短纖維161萬t，同比減少6%；纖維素纖維536萬t，同比增加3%。2017年中國的化纖產量為4 714萬t，占世界化纖產量的71%，穩居世界第一。

四、我國化學纖維加工工藝概述及設備簡介

化學纖維種類、制備工藝和功能多而復雜，以我國生產量最大的滌綸短絲產品為例。滌綸的原料是對苯二甲酸乙二酯，通過酯化——聚合——縮聚工藝后形成聚酯熔體，可供纖維直紡或切粒即生產切片。

聚酯規模：4、6、9、10、12、15、18、20萬t/年等，目前國產裝置最大產量達40萬t/年。滌綸產品按形態分棉型、毛型、中長、中空、復合（中空主要為硅油立體三維中空）；按強力分普通和高強低伸；按纖度分粗旦、普通、細旦、超細旦；按功能分普通、差別化、功能性纖維。

產品用途是與天然纖維或其他化纖混紡或直接用于制造非織造布，做填充料等。滌綸短纖生產工藝流程如下所示。

1.熔體直紡。

聚合裝置→增壓泵→過濾器→前紡工序→后處理→成品打包

2.切片紡。

切片干燥→螺桿擠壓機→前紡工序→后處理→成品打包

3.瓶片紡。

瓶片清洗→干燥→螺桿擠壓機→前紡工序→后處理→成品打包

4.回料紡。

熔化造粒→清洗→干燥→螺桿擠壓機→前紡工序→后處理→成品打包。

前紡工藝流程：切（瓶）片紡：切片干燥→螺桿擠壓機→熔體過濾器→熔體管道→計量泵→紡絲組件→冷卻成形→上油→牽引→喂入→纖維原絲（初生纖維）→盛絲筒（往復裝置）。

熔體直紡：聚酯熔體→三通閥→增壓泵→冷卻器→熔體管道→過濾器→熔體管道→計量泵→紡絲組件→冷卻成形→上油→牽引→喂入→纖維原絲（初生纖維）→盛絲筒（往復裝置）。

五、棉花纖維和化學纖維的關系

在建國初期短缺經濟狀況下，為了盡快滿足人民群眾穿衣問題，國家相繼建設了幾家大型的化學纖維工廠來彌補棉花產量不足的情況，從此我國化學纖維走向了高速全產業鏈的發展道路。

我國棉花產量位居世界第一，但還遠不能滿足我國的需要量，同時，我國的土地資源緊缺，按耕種面積算，全部種植成棉花也不能滿足需求。高速發展的化纖工業節省了大量珍貴的土地資源，多功能化纖也支持了各種工業產品的需求。棉花是農產品，受客觀因素影響對產量、質量影響較大。化纖是工業品，質量穩定并具有迅速增加產能的條件。在服裝行業，棉花也多與化纖混紡取各自優勢，滿足消費者天然、舒適、靚麗、時尚的多樣需求。