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        基于碳中和的人-機-料-法-環(huán)五位一體紡紗新技術(shù)解析

        2022-02-19 02:47:54夏治剛萬由順張慧霞唐建東鄭敏博郭沁生丁彩玲楊圣明徐衛(wèi)林
        紡織學報 2022年1期
        關(guān)鍵詞:環(huán)錠加捻紡紗

        夏治剛, 徐 傲, 萬由順, 衛(wèi) 江, 張慧霞, 唐建東,鄭敏博, 郭沁生, 丁彩玲, 楊圣明, 徐衛(wèi)林

        (1. 武漢紡織大學 省部共建紡織新材料與先進加工技術(shù)國家重點實驗室, 湖北 武漢 430200; 2. 武漢紡織大學 紡織科學與工程學院, 湖北 武漢 430200; 3. 青島大學 省部共建生物多糖纖維成形與生態(tài)紡織國家重點實驗室, 山東 青島 266071; 4. 武漢裕大華紡織服裝集團有限公司, 湖北 武漢 430080; 5. 際華三五四二紡織有限公司, 湖北 襄陽 441002; 6. 經(jīng)緯智能紡織機械有限公司, 山西 晉中 030601;7. 山東如意科技集團有限公司, 山東 濟寧 272073; 8. 安徽華茂紡織集團有限公司, 安徽 安慶 272073)

        自工業(yè)革命以來,人類在創(chuàng)造巨大物質(zhì)財富的同時,加速攫取自然資源、打破地球生態(tài)系統(tǒng)平衡,人與自然深層次矛盾彰顯[1]。全球人類消耗的能源86%來自化石燃料資源??茖W家研究發(fā)現(xiàn):如果人類一成不變地損耗現(xiàn)有化石燃料,那么最后一批化石燃料將在22世紀耗盡[2-3]。消耗化石燃料,必然排放二氧化碳、甲烷以及粉塵等廢物[4-6],不僅污染環(huán)境[7-9],且會造成碳循環(huán)失衡,導致溫室效應(yīng)[10-12]。溫室效應(yīng)表現(xiàn)為地球升溫:1981—1990年全球平均氣溫比100年前上升了0.48 ℃,到21世紀末將可能增至1.1~6.4 ℃[13-15]。全球變暖以后,以前每50年發(fā)生1次的極端熱浪,現(xiàn)在每10年發(fā)生1次(造成森林火災(zāi)、大規(guī)模破壞生態(tài)),傾盆大雨、干旱等極端天氣更加頻繁[16],已經(jīng)造成了各種全球性自然環(huán)境災(zāi)害(冰川融化、物種加速滅絕等),嚴重威脅到全人類生存發(fā)展。針對全球環(huán)境問題,中國在2020年9月22日第七十五屆聯(lián)合國大會上提出:中國力爭在2030年前達到碳排放峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和[17]。自此“碳達峰、碳中和”的雙碳目標成為全球大勢所趨,更是我國的重大戰(zhàn)略需求。2021年國務(wù)院政府工作報告中指出:扎實做好碳達峰、碳中和各項工作,制定2030年前碳排放達峰行動方案,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu);提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力,以實際行動為全球應(yīng)對氣候變化作出應(yīng)有貢獻[18]。我國雙碳目標及工作的提出,是國內(nèi)健康可持續(xù)發(fā)展的必要措施,是我國改善全球環(huán)境的鄭重承諾和決心。

        紡織服裝產(chǎn)業(yè)份額大、鏈段長、能耗與廢物排放多,達成雙碳目標的挑戰(zhàn)度高。紡織服裝產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)之一在于紡紗。傳統(tǒng)紡紗工序長而散、用工多,造成單產(chǎn)能耗高、產(chǎn)品一致性差、運營成本高等行業(yè)痛點問題。為滿足多功能高性能紡織品的需求,多種材料復(fù)構(gòu)纖維、多種纖維紡紗份額提高,造成紡紗過程原料及成品回收難度加大。在保證正常生產(chǎn)的前提下,發(fā)展新技術(shù)與新工藝對紡紗工序?qū)嵤┕?jié)能減碳,高效使用-循環(huán)利用-清潔運用不同原料開發(fā)綠色環(huán)保紗線產(chǎn)品是低碳環(huán)保紡紗所面臨的挑戰(zhàn)性難題。針對紡紗行業(yè)痛點和低碳排放挑戰(zhàn),本文首先分析紡紗車間碳排放來源,然后提出紡紗碳減排方案,最后基于碳減排方案,從人-機-料-法-環(huán)五位一體層面,深入分析集約型、簡約型和延伸型低碳紡紗技術(shù),為紡織服裝行業(yè)實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”生產(chǎn)目標,提供一定的方向指導和技術(shù)參考。

        1 紡紗車間碳排放問題分析

        全球2億多錠環(huán)錠紡,50%以上在中國。以棉紡為例,在普通環(huán)錠細紗車間,短纖維紡制成紗的工序步驟為:開松(抓棉機、開清棉機、混棉機)→梳理(梳棉機)→精梳(條卷機、并卷機、精梳機)→并條(頭道并條機、末道并條機)→粗紗(翼錠粗紗機)→細紗機(環(huán)錠紡紗機)→絡(luò)筒(自動絡(luò)筒機)[19]。普通紡紗工序長、設(shè)備機型多而散,直接導致了車間人工多、物料運輸和耗散量大。特別是,普通環(huán)錠紡紗的加捻效率低、卷裝小、紡紗速度慢,其紗線品質(zhì)受車間溫濕度環(huán)境影響大,因此,囊括人-機-料-法-環(huán)的高耗散、慢速度、低品質(zhì)紡紗車間,直接或間接進行著較高的“碳排放”。具體而言,紡紗車間人工多,造成更多資源消耗、生活垃圾排放;機器運行耗電、耗油、耗氣,導致化石燃料消耗、引起碳排放;紡紗原料絕大多數(shù)為碳基高分子纖維材料,尤其是石油化工合成化學纖維原料,紡紗織造經(jīng)服用后廢棄,碳排放相當可觀;普通紡紗方法存在上述行業(yè)痛點問題、過程原料及成品難回收的難點問題;紡紗車間所需溫濕度環(huán)境的營造,消耗化石燃料、引起碳排放。綜上:紡紗生產(chǎn)過程產(chǎn)生的直接碳排放為紡紗生產(chǎn)機器運行和物理變化引起的碳排放、廢料處理引起的碳排放、環(huán)境調(diào)節(jié)消耗能源的碳排放等;間接碳排放為紡紗生產(chǎn)過程中外購電力等能源、原材料制備和運輸引起的碳排放等[20]。

        由此可見,普通環(huán)錠紡紗車間碳排放呈現(xiàn)了份額大、因素多、源頭廣的特征。為實現(xiàn)紡紗生產(chǎn)的“碳達峰、碳中和”目標,紡紗車間的發(fā)展愿景是:走綠色低碳發(fā)展道路,重構(gòu)提質(zhì)增效的高質(zhì)量紡紗新模式,探索精簡節(jié)約、變廢為寶、化腐朽為神奇的紡紗新技術(shù),發(fā)展清潔能源、固碳材料、低能耗/零能耗制品的底層與高層創(chuàng)新型紡紗技術(shù)。

        2 紡紗車間碳排放方案的建立

        針對紡紗各環(huán)節(jié)碳排放問題,本文以紡紗工業(yè)發(fā)展愿景、全面質(zhì)量管理理論為指引,探索和解析基于碳中和人-機-料-法-環(huán)五位一體紡紗新技術(shù)。人-機-料-法-環(huán)五要素分別為:制造產(chǎn)品的人員、所用的設(shè)備、所用的原料、所用的方法、過程所處的環(huán)境。把控好上述五要素是低碳高品質(zhì)紡紗生產(chǎn)的保障。圖1示出低碳紡紗方案策略框架。

        圖1 低碳紡紗方案策略框架Fig.1 Scheme strategy framework of low-carbon spinning

        由圖可知,為實現(xiàn)“碳中和”這一目標,建立五位一體紡紗碳減排的實施方向:1)精確管控、提質(zhì)增效;2)節(jié)能減排、回收利用;3)綠色原料、能源與產(chǎn)品。人:精簡人員,加強培訓;機:加強創(chuàng)新,提高效能;料:立足國內(nèi),減少制備、運輸和終端產(chǎn)品使用中碳排放;法:縮短流程,提升質(zhì)量和產(chǎn)量;環(huán):控制排放,加強循環(huán)和利用?;诩徏喬紲p排的實施方向,提出了三大低碳紡紗策略:1)集約化智能管控人-機-料-法-環(huán),提質(zhì)增效;2)節(jié)約化創(chuàng)新紡紗流程,縮短流程、節(jié)約能源、用工和原料;3)延伸型創(chuàng)新紡紗新材料、新產(chǎn)品,實現(xiàn)低碳環(huán)保的綠色紡紗加工。

        3 集約型低碳紡紗技術(shù)解析

        3.1 集約型低碳紡紗所面臨的技術(shù)瓶頸

        針對耗散型普通環(huán)錠紡紗所面臨的工序長、設(shè)備散,用工多、效率低,損耗大、品質(zhì)差的行業(yè)痛點問題,發(fā)展精確管控、提質(zhì)增效的集約型低碳紡紗技術(shù)有以下瓶頸難題:1)關(guān)鍵智能紡紗裝備存在短板。梳理是紡紗的心臟,然而高效率、智能化、高品質(zhì)的高端梳理裝備卻受制于國外,智能普梳機以德國特呂茨勒、瑞士立達裝備為代表,智能精梳機以瑞士立達的全自動裝備為代表;2)智能紡紗物流運輸存在間斷?,F(xiàn)代化紡紗物流系統(tǒng)已實現(xiàn)清梳聯(lián)、粗細聯(lián)、細絡(luò)聯(lián),但在梳棉→并條、并條→條并卷、精梳→末并、末并→粗紗、打包→倉儲之間,未實現(xiàn)智能連接;3)物料收付和回用的智能化被忽略,全流程智能回花收付難以實現(xiàn);4)國內(nèi)外控制系統(tǒng)兼容性差,信息孤島頻現(xiàn);5)細紗是紡紗的大腦。高品質(zhì)高效率紡紗的同時,如何實施節(jié)能、節(jié)料,是實現(xiàn)高品質(zhì)智能化紡紗的關(guān)鍵難題。

        3.2 智能集約普通紡紗的人-機-料-法-環(huán)

        為減員增效、智能管控、高質(zhì)紡紗,由武漢裕大華紡織服裝集團有限公司牽頭,聯(lián)合經(jīng)緯紡織機械股份有限公司、國機智能技術(shù)研究院有限公司、武漢紡織大學,集約普通環(huán)錠紡紗的人-機-料-法-環(huán),在全國最先完成100%國產(chǎn)化全流程智能紡紗車間的示范化建設(shè)和應(yīng)用[21]:1)創(chuàng)新研制國產(chǎn)智能化核心裝備(JWF1213型清梳聯(lián)、JWF1316型勻整并條機、JWF1286型全自動精梳機、JWF1458型自落粗紗機、JWF1572JM型全自動細紗機、VCRO-1型自動絡(luò)筒機、JWF0 016 D型異纖機等),自主研發(fā)軌道輸送、斷頭停喂、自動監(jiān)測和追溯等配套裝備,奠定集約型低碳智能紡紗的國產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ),解決了關(guān)鍵智能紡紗裝備依賴進口的難題。

        2)創(chuàng)新應(yīng)用“清梳聯(lián)→頭并→條并卷→精梳→末并→粗紗→細紗→絡(luò)筒→自動打包→智能倉儲”的全國產(chǎn)、全流程智能物流系統(tǒng),融合和集成智能紡紗裝備,實現(xiàn)節(jié)約用人、智能化快速高效物流送料。

        3)創(chuàng)新實施國產(chǎn)化全流程智能回花收付系統(tǒng),把生產(chǎn)過程各工序的落塵、回花、回條、回絲與全流程自動化收集、分揀和打包融為一體,實現(xiàn)紡紗各工序物料的智能分揀和收付[22],節(jié)約了原料。

        4)應(yīng)用和實施全流程無死角的智能紡紗生產(chǎn)運營管理系統(tǒng),融合紡紗工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng),集成優(yōu)化配置人工、設(shè)備、物料和能源。

        5)基于智能紡,集成適用于柔性纖維的節(jié)能脈聚紡[23]、適用于熱敏剛性纖維的柔化穩(wěn)態(tài)捕捉紡[24-25]、適用于免定型針織紗的扭妥紡[26-27]、適用于超高支紗的嵌入式復(fù)合紡[28-39]等新方法(見圖2),大幅提升細紗效率和品質(zhì)。

        圖2 國產(chǎn)化紡紗新方法Fig.2 New method of domestic spinning

        3.3 集約型低碳紡紗技術(shù)實施效果

        基于上述5方面的智能化集約,實現(xiàn)智能裝備、物流、質(zhì)量追溯、回花收付和高品質(zhì)生產(chǎn)運營管控系統(tǒng)的互通互融,100%國產(chǎn)智能化紡紗關(guān)鍵設(shè)備處于國際先進領(lǐng)先水平(見表1),成功將勞動密集型紡紗工廠轉(zhuǎn)變成科技集約型智能車間,實現(xiàn)綠色低碳的高效高質(zhì)紡紗生產(chǎn)[30]。目前集約型低碳智能紡紗車間所能達到的效果見表2??煽吹?,集約型智能紡紗車間可有效解決了紡紗行業(yè)痛點問題和智能化高質(zhì)紡紗難題。

        表1 國產(chǎn)智能化紡紗關(guān)鍵裝備與國外類比Tab.1 Comparison of domestic intelligent spinning key equipment with foreign

        表2 全國產(chǎn)智能紡紗效果與國內(nèi)外普通紡、智能紡效果的比較Tab.2 Comparison of fully domestic intelligent spinning with ordinary and foreign intelligent spinnings

        4 簡約型低碳紡紗技術(shù)解析

        4.1 短流程高速紡紗技術(shù)

        除了互通互聯(lián)的集約型智能紡紗技術(shù),降低紡紗碳排放、提升紡紗效率的最直接方式是縮短紡紗流程、提升加捻和卷繞速度。自1828年美國科學家Thorpe發(fā)明了環(huán)錠細紗機以后,雖然集聚紡、賽絡(luò)紡、柔潔紡、扭妥紡、智能紡等環(huán)錠紡紗新技術(shù)得到充分發(fā)展[31],但受環(huán)錠加捻機構(gòu)和成紗原理的限制,環(huán)錠細紗機無法消除粗紗和絡(luò)筒工序,成紗速度難以超過25 m/min,形成了工序流程長、紡紗速度低的冗慢型生產(chǎn)模式,難以進一步低碳減排,如圖3所示。因此,具有短流程、高速度特征的新型加捻卷繞方式應(yīng)運而生,替代了環(huán)錠加捻方式,取消了粗紗→細紗→絡(luò)筒工序配置[32],形成了諸如轉(zhuǎn)杯紡[33]、摩擦紡[34]、渦流紡[35]等簡約型低碳紡紗模式,采用纖維條直接一步法紡制成筒紗。

        圖3 簡約型短流程高速的開放端紡紗技術(shù)特征及代表Fig.3 Technical characteristics and representatives of simple-type short-process high-speed open-end spinning

        目前在紡織工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用量大面廣的是轉(zhuǎn)杯紡紗和渦流紡紗技術(shù)。轉(zhuǎn)杯紡紗原理是將由纖維條經(jīng)分梳輥分梳而成的纖維流,通過輸纖通道喂入到轉(zhuǎn)速高達2.0×105r/min(德國賜來福公司AUTOCRO8-AUTOCRO10系列轉(zhuǎn)杯紡紗機)的轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁凝聚槽中;受轉(zhuǎn)杯高速回轉(zhuǎn)作用,須條纖維流在轉(zhuǎn)杯中進行開放端式邊凝聚、邊加捻成紗條;形成的紗條經(jīng)阻捻盤、導紗管、輸出羅拉、槽筒,以高達300 m/min的速度纏繞成大卷裝筒紗。渦流紡紗原理是將纖維條經(jīng)過羅拉牽伸機構(gòu)進行100倍級牽伸成的須條纖維,經(jīng)前鉗口輸出后,進入渦流紡紗器中;經(jīng)渦流紡紗器的輸纖管、導針引導,進入渦流室內(nèi),受到渦流場旋轉(zhuǎn)氣流作用,須條前纖維的頭端插入靜止錠入口中而凝聚、尾端貼附在靜止錠錐面上而開纖,須條前纖維尾端連續(xù)包纏須條后纖維頭端而形成紗條;形成的紗條經(jīng)導紗管、輸出羅拉鉗口、USTER紗線品質(zhì)監(jiān)測器、張力調(diào)節(jié)裝置、上蠟裝置、槽筒,以高達550 m/min(日本村田MVS870E系列渦流紡紗機)的速度纏繞成大卷裝筒紗。可見,開放端須條加捻、獨立卷繞,是實現(xiàn)高速度、大卷裝的必要條件。

        除了短流程、高速度特征,轉(zhuǎn)杯紡紗、渦流紡紗機,已經(jīng)發(fā)展為配件低損/無損化、高精度在線品質(zhì)檢測、自動接頭/落紗/換管、自優(yōu)化管理等智能設(shè)備,進一步降低人工、節(jié)約用料和低耗能,實現(xiàn)低碳減排。然而開放端加捻方式,使得轉(zhuǎn)杯紡紗線結(jié)構(gòu)為內(nèi)緊外松的分層捻合構(gòu)象[36]、渦流紡紗線結(jié)構(gòu)為芯部纖維平直、外層錐形螺旋式包纏構(gòu)象[37],無法形成握持端加捻形成的環(huán)錠紡紗體內(nèi)外轉(zhuǎn)移式纖維抱合構(gòu)象,致使轉(zhuǎn)杯紡、渦流紡紗線強力低[38-39]。在保留握持端成紗的高品質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的同時,縮短紡紗流程、提高速度,倍捻直絡(luò)的握持端紡紗技術(shù)應(yīng)運而生(見圖4)[40]。

        圖4 簡約型短流程中速握持端倍捻直絡(luò)紡紗技術(shù)Fig.4 Simple-type short-process medium-speed double-twisted and direct-cone-winded nip-end spinning

        自主研發(fā)的國產(chǎn)化倍捻直絡(luò)的握持端紡紗技術(shù),能實現(xiàn)纖維條直接紡成筒紗、倍捻錠子進行2倍捻紡紗、羅拉鉗口握持須條加捻成紗,從而為工序短、效率高、品質(zhì)優(yōu)的綠色高質(zhì)化紡紗提供增選方案。

        4.2 超短流程紡紗技術(shù)

        短流程高速紡紗技術(shù)只是將傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗工序的“粗紗→細紗→絡(luò)筒”3道工序,縮短至1道工序,而對“配棉→開清→普梳→精梳→并條”等前紡工序沒有改變,導致紡紗流程縮短不徹底、低碳生產(chǎn)不充分,因此,超短流程紡紗技術(shù)應(yīng)運而生,直接跳過前方工序、粗紗、細紗和絡(luò)筒工序,采用纖維或制備纖維的型膜原料進行高效率加捻、大卷裝卷繞紡紗,如圖5所示。長絲直接牽伸加捻紡紗技術(shù)是采用在多捻紡紗裝置中,多層氣流控制層逐層縮小,渦流效應(yīng)實現(xiàn)長絲的牽伸與加捻紡紗,直接將長絲纖維制備成大卷裝筒子紗[41]。該紡紗方法省去了開松、梳理、精梳、并條、粗紗等工序,大大縮短了紡紗流程,實現(xiàn)了纖維直接到筒紗。

        圖5 長絲直接紡成大卷裝紗線的超短流程紡紗技術(shù)Fig.5 Ultra-short process spinning technology of filament direct spun into large cone yarn package

        圖6示出采用型膜為原料直接絲化紡紗的超短流程紡紗技術(shù)。它是將型膜先絲化牽伸、再倍捻式高效加捻、大卷裝筒紗卷繞[40,42-43]。該紡紗技術(shù)能夠采用型膜直接紡成筒紗,2倍捻高效加捻紡紗,將膜工業(yè)與紡織業(yè)相融合,從而達到超短工序、高效加捻卷繞、紗線結(jié)構(gòu)新穎等技術(shù)效果,極大節(jié)約設(shè)備、能耗,減少碳排放。

        圖6 型膜絲化直接紡成大卷裝紗線的超短流程紡紗技術(shù)Fig.6 Ultra-short process spinning technology of film-filamentation spun into large cone yarn package

        4.3 超紡技術(shù)

        如果省略紡紗的細紗卷繞、絡(luò)筒、熱定形等工序,直接實施有紡或無紡編織,則整個工序看不到完整的紡紗加捻和卷繞,超越了紡紗工序,形成超紡技術(shù)。有紡編織的超紡技術(shù)以邁耶西的紡紗-編織一體化技術(shù)[44-45](Spinitsystems)為代表,直接在緯編大圓機紗架上放置粗紗原料,省略環(huán)錠加捻卷繞、清潔、復(fù)繞等工序,直接將所紡紗線進行緯編編織。該技術(shù)還配備了SE NSOBlueRS針油循環(huán)系統(tǒng),與傳統(tǒng)針油系統(tǒng)(每日工作20 h時消耗2.5~3 L油)相比,可減少30%的新針油用量,進一步低碳減排。

        無紡編織的超紡技術(shù)以針織自成形織物制備技術(shù)為代表,直接在無紡纖維網(wǎng)上進行穿刺、鉤取、套圈、彎圈、牽拉和退圈,形成紗線編織外形的織物[46],如圖7所示。超級精簡省略了普梳、精梳、并條、粗紗、細紗、絡(luò)筒和熱定形等工序。無紡-編織的超紡技術(shù)所節(jié)省的人工量大、設(shè)備臺數(shù)多、生產(chǎn)環(huán)境更加整潔、原料和能源使用更高效,特別是終端織物中纖維原料損傷小、縱向強力大、織物蓬松柔軟和舒適,實現(xiàn)了低碳高品質(zhì)紡織加工。

        圖7 無紡-編織的超紡技術(shù)Fig.7 Superspinning technology by integrating non-weaving and weft-knitting

        5 延伸型低碳紡紗技術(shù)解析

        5.1 綠色環(huán)保型紡紗原料研發(fā)

        實施紡紗生產(chǎn)的碳達峰、碳中和策略,紡紗是手段、材料是關(guān)鍵。在建設(shè)新材料強國、高功能高性能紡織品的迫切要求下,紡織新材料應(yīng)朝著綠色化、低碳化、精細化和節(jié)約化方向發(fā)展。紡紗用的絕大多數(shù)原料是纖維,開發(fā)綠色環(huán)保紗線及面料,要求新型綠色纖維的生產(chǎn)原料無污染、合成過程節(jié)能降耗減污、對人體友好舒適、無毒可降解的清潔加工、可循環(huán)利用或回歸自然。基于上述要求,目前已開發(fā)無印染的天然彩棉原料、原液著色的色紡纖維、綠色環(huán)保聚乳酸纖維、循環(huán)再生纖維以及綠色無機纖維(如玄武巖纖維)等。循環(huán)再生纖維主要有再生纖維素纖維、再生聚酯纖維。在循環(huán)再生纖維制備過程中,將廢舊天然纖維粉體共混加入,改性再生纖維,提升纖維染色、回潮等性能[47-49],從而實現(xiàn)了變廢為寶、節(jié)能減排的技術(shù)效果。

        5.2 發(fā)展特殊原料的特種固碳紡紗技術(shù)

        舊紡織品理論上95%可回收,但實際我國廢舊紡織品回收利用率很低(目前只有10%),核心原因為:回收方式成本高;再生產(chǎn)品經(jīng)濟附加值低[50]。一般廢舊紡織產(chǎn)品回收可分成:零級回收、初中級回收、動能回收、物理學回收、有機化學回收5類。零級回收指廢舊物品的立即再運用,如二手服裝批發(fā)市場。初中級回收指紡織品加工過程中造成的廢棄物、邊角余料的回收運用。動能回收是對廢舊紡織產(chǎn)品中的合成纖維,運用其焚燒處理發(fā)電回收再運用方法。物理學回收是指在化學結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不改變的標準下,對廢舊紡織產(chǎn)品開松、紡織、成網(wǎng)等物理學生產(chǎn)加工,做成再造紡織產(chǎn)品的回收運用。有機化學回收是指用有關(guān)溶解劑有機化學回收方式。為實現(xiàn)更優(yōu)化的短流程、低成本、環(huán)保的特色固碳紡紗方法,優(yōu)選物理開松法回收纖維,并聯(lián)合智能紡紗、納微功能復(fù)合紡紗技術(shù)[51-53],進行廢舊紡織品回收再用的高質(zhì)化功能紡紗[54-55],實現(xiàn)低碳高質(zhì)化紡紗生產(chǎn)在中部的高端突破。相關(guān)紡紗技術(shù)見圖8。

        圖8 循環(huán)回用纖維的高質(zhì)化功能紡紗技術(shù)Fig.8 High-quality functional spinning technology of circulating reused fibers

        廢舊紡織品回收利用的纖維強力低、長度短,適用于非織造和炭化加工處理,難以直接紡紗生產(chǎn)。為充分和高質(zhì)化利用超短超弱纖維及不可紡粉粒材料,應(yīng)大力推行和發(fā)展短流程優(yōu)質(zhì)固碳紡紗技術(shù)(如圖9所示)。將超弱超短的難紡纖維進行無紡成網(wǎng),然后再裁切成條[56-57],利用條帶包覆紡紗技術(shù)[58-59],將碳粉、碳微球顆粒等材料裹覆成紗,制備出具有吸附過濾、導電傳感等功能紗線及制品。

        圖9 短流程優(yōu)質(zhì)固碳紡紗技術(shù)Fig.9 Short-process high-quality carbon-trapping spinning

        5.3 發(fā)展低碳功能高附加值紡紗技術(shù)

        紡紗的終端綠色產(chǎn)品目標是為人們生活提供綠色低碳出行的服裝面料用紗,如具有無源輻射制冷、隔熱保暖功能的紗線等。將超結(jié)構(gòu)光學微粒材料引入纖維內(nèi)部,經(jīng)低損傷紡紗技術(shù)成紗,織造成為形態(tài)分級結(jié)構(gòu)的光學隨機超結(jié)構(gòu)材料織物,對整個0.3~25 μm波段范圍的高效光譜調(diào)控,可實現(xiàn)優(yōu)異的日間輻射制冷功能。在正午時段的模擬人體皮膚測試中(廣州,2020年11月28日),相較于同色的商用織物(棉、氨綸、麻等),這種制冷織物下的模擬皮膚溫度可降低5~7 ℃[60]。

        受中空竹子和蠶繭的啟發(fā),通過摩擦紡紗技術(shù)將柔軟舒適的棉纖維連續(xù)裹覆包纏在中空硅管上,制成獨特的中空硅膠管為核、棉纖維包覆層為殼的核-殼復(fù)構(gòu)紗,該復(fù)構(gòu)紗賦予終端織物良好的抗皺性能、極高的回彈能力(85.07%)和持久的保溫效果[61],解決了纖維素中空紗的塌陷起皺和保溫不耐久問題,為冬季保暖服裝提供低碳高品質(zhì)織物紗線提供解決途徑。

        6 結(jié)束語

        為實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和目標,本文在分析碳中和紡紗背景的基礎(chǔ)上,采用全面質(zhì)量管理理論,確立了人-機-料-法-環(huán)的五位一體化碳中和紡紗低碳生產(chǎn)策略,深入剖析了集約型、簡約型和延伸型低碳紡紗技術(shù),得出以下結(jié)論。

        1)集約型智能紡技術(shù)降低用工72.08%、生產(chǎn)效率提升24.4%、運行成本降低32.67%,單位產(chǎn)品能耗降低17.5%、產(chǎn)品不良率降低61.54%,解決了傳統(tǒng)紡紗工序長而散、用工多、單產(chǎn)能耗高、產(chǎn)品一致性差、運營成本高等行業(yè)痛點問題,實現(xiàn)低碳高質(zhì)紡紗。

        2)簡約型高速紡紗技術(shù)縮短紡紗流程、提升加捻和卷繞速度,紡紗速度最高達到550 m/min(渦流紡紗),紡紗過程能夠?qū)崿F(xiàn)短流程、超短流程、無紡紗流程的選擇式調(diào)節(jié),滿足了降低碳排、提升效率的各檔綠色低碳紡紗要求。

        3)延伸型低碳紡紗分為前端延伸型、中間高端延伸型、終端延伸型,其中發(fā)展前端原料功能化循環(huán)利用技術(shù),可實現(xiàn)變廢為寶、節(jié)能減排的目標。實施中端紡紗固碳技術(shù),生產(chǎn)綠色功能紗線,直接滿足低碳紡紗要求。發(fā)展終端綠色環(huán)保紡織品的制冷、隔熱等功能紗制備技術(shù),能夠為人們生活提供綠色低碳出行的服裝面料用紗。

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