棉花与化学纤维产业及加工工艺简述

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〔郑州棉麻工程技术设计研究所,河南郑州450004〕

一、我国棉花产业概述

棉花是锦葵科棉属植物的种籽纤维，原产于印度和阿拉伯，约在宋末元初开始在我国内地开始种植，逐渐成为我国重要的纺织材料。

目前，棉花是世界上最主要的农作物之一，在我国更有着关系国计民生的举足轻重的战略性地位。在20世纪50年代，全国棉花播种面积378.6万hm2，总产量69万t。20世纪70年代，全国棉花播种面积467万hm2，总产量达202万t。20世纪80年代，我国棉花生产高速发展，成为世界上的产棉大国。20世纪90年代最高年量达到568万t。2000年-2014年，我国棉花产量在2007年峰值达到762.4万t，之后因种植面积的变化有下降的趋势，2014年产量为616.1万t。中国有三大产棉区，黄河流域、长江流域、新疆棉区。近年来，由于产业结构的调整，黄河流域、长江流域的种植面积逐步萎缩，新疆棉区的种植面积迅速增长，其产量占到了全国总产量的2/3。根据公开资料，2018年全国棉花总产量609.6万t，比2017年增加44.4万t，增长7.8%。其中新疆棉区总产量达到511.1万t。棉花种植从小农模式的散户、小规模化向规模化、技术化、集成化全产业链发展的趋势很明显。

中国是产棉大国，也同时是棉花消费大国，纺织产业一直是我国的传统出口创汇型产业，因为每年需求原棉1 000万t以上，国产棉花自给率仅60%，所以还要大量的进口来补充需求。2017年，我国棉花进口主要来自美国、澳大利亚、印度、乌兹别克斯坦和巴西，进口量分别为50.6万t、25.8 万 t、11.2万t、9.3万t和6.7万t。

图1 各年份的棉花产量

二、我国棉花加工工艺概述及设备简介

棉花加工工艺流程是通过对籽棉进行加工，使之成为皮棉、短绒、棉籽的过程。随着我国棉花加工行业的不断发展和棉花质量检验体制改革的不断深入，棉花加工行业已经向效益型、集约化和大型化方向发展，逐渐向国际化接轨。在充分吸收国内外先进技术的基础上，结合我国国情，近几年，国内棉机制造商陆续开发出了自动化程度高、可靠性好的手摘棉（图2）和机采棉加工工艺流程及成套设备（图3）。棉机成套设备的迅猛发展及快速定型也带来了轧花工艺流程的日臻成熟。我国棉花加工主要有手摘棉和机采棉加工工艺。由于内地地块小且植棉面积逐渐缩小，因此，内地一般使用的是手摘棉的加工模式。而新疆棉区，因为规模化种植棉花，地块面积较大，所以适应了机采棉的发展。机采棉最大优势是大幅度降低棉花采摘成本，有效缓解劳动力紧张的局面，并大幅减少了劳动强度，机采棉较常规手采棉可节约成本3 000元/hm2～6 000元/hm2（200元/亩～400元/亩）。兵团在三大棉区已基本全覆盖机采棉模式，北疆地方也基本实现全部机械采棉。近年来南疆机采棉种植面积的快速增加，其棉花加工生产线也都是按机采棉模式设置。从图2和图3对比可以看出，在机采棉中普遍采用了自动喂棉机、异纤清理机，对籽棉清理、皮棉清理、烘干等工艺都有加强。在近几年的机采棉工艺还增加了籽棉加湿和皮棉加湿系统，在线回潮率检测系统和棉花质量检验系统，自动打扣和刷唛系统，码包系统。机采棉设备和工艺正不断向自动化和智能化发展。

图2 国内目前最常用典型的手摘棉工艺流程

图3 国内目前最常用典型的机采棉工艺流程

三、我国化学纤维产业概述

化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。相比棉花纤维，化学纤维种类、制备工艺和功能多而复杂。天然高分子化合物再生纤维素纤维主要是以黏胶为代表。人工合成的高分子化合物合成纤维，常用的有涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、氨纶等。另外，化学合成纤维还可以按几何形状分为长丝、短纤维、异形纤维、复合纤维和变形丝。按照用途分为普通纤维和特种纤维。

表1 2010年化纤产量

根据日本化纤协会公开发布新闻“内外化学纤维生产动向”中显示，2017年全球主要的化纤产量6 567万t：涤纶长丝3 717万t，同比增加5%；涤纶短纤维1 660万t，同比增加4%；锦纶493万t，同比增加6%；腈纶短纤维161万t，同比减少6%；纤维素纤维536万t，同比增加3%。2017年中国的化纤产量为4 714万t，占世界化纤产量的71%，稳居世界第一。

四、我国化学纤维加工工艺概述及设备简介

化学纤维种类、制备工艺和功能多而复杂，以我国生产量最大的涤纶短丝产品为例。涤纶的原料是对苯二甲酸乙二酯，通过酯化——聚合——缩聚工艺后形成聚酯熔体，可供纤维直纺或切粒即生产切片。

聚酯规模：4、6、9、10、12、15、18、20万t/年等，目前国产装置最大产量达40万t/年。涤纶产品按形态分棉型、毛型、中长、中空、复合（中空主要为硅油立体三维中空）；按强力分普通和高强低伸；按纤度分粗旦、普通、细旦、超细旦；按功能分普通、差别化、功能性纤维。

产品用途是与天然纤维或其他化纤混纺或直接用于制造非织造布，做填充料等。涤纶短纤生产工艺流程如下所示。

1.熔体直纺。

聚合装置→增压泵→过滤器→前纺工序→后处理→成品打包

2.切片纺。

切片干燥→螺杆挤压机→前纺工序→后处理→成品打包

3.瓶片纺。

瓶片清洗→干燥→螺杆挤压机→前纺工序→后处理→成品打包

4.回料纺。

熔化造粒→清洗→干燥→螺杆挤压机→前纺工序→后处理→成品打包。

前纺工艺流程：切（瓶）片纺：切片干燥→螺杆挤压机→熔体过滤器→熔体管道→计量泵→纺丝组件→冷却成形→上油→牵引→喂入→纤维原丝（初生纤维）→盛丝筒（往复装置）。

熔体直纺：聚酯熔体→三通阀→增压泵→冷却器→熔体管道→过滤器→熔体管道→计量泵→纺丝组件→冷却成形→上油→牵引→喂入→纤维原丝（初生纤维）→盛丝筒（往复装置）。

五、棉花纤维和化学纤维的关系

在建国初期短缺经济状况下，为了尽快满足人民群众穿衣问题，国家相继建设了几家大型的化学纤维工厂来弥补棉花产量不足的情况，从此我国化学纤维走向了高速全产业链的发展道路。

我国棉花产量位居世界第一，但还远不能满足我国的需要量，同时，我国的土地资源紧缺，按耕种面积算，全部种植成棉花也不能满足需求。高速发展的化纤工业节省了大量珍贵的土地资源，多功能化纤也支持了各种工业产品的需求。棉花是农产品，受客观因素影响对产量、质量影响较大。化纤是工业品，质量稳定并具有迅速增加产能的条件。在服装行业，棉花也多与化纤混纺取各自优势，满足消费者天然、舒适、靓丽、时尚的多样需求。