1 色纺纱生产技术创新的迫切性根据相关统计资料显示，目前国内在环锭纺纱机上生产的各类色纺纱已超过2 000万锭，并正向转杯纺及喷气涡流纺的新型纺纱领域拓展，色纺纱的生产量已占国内纱线生产的20%以上。随着色纺纱生产能力的扩大，生产品种也得到一定扩展，目前已能生产多种色纤维混纺及多种纤维原料混纺的色纺纱品种［1］。近几年在色纺纱生产中，还融入花式纱的生产技术，使色纺纱的表现形态也有较大变化，如竹节纱、段彩纱、彩点纱等形态各异的色纺纱，在色纺纱生产中占有一定比例，生产的品种既有色泽变化，又有表观形态变化的新颖织物，以适应消费者时尚化、个性化的穿着追求。纵观30多年来国内外纺纱技术进步与发展，突出反映在纺纱装备的速度全幅度提高，自动化、连续化技术的广泛应用，在纺纱过程中智能化在线监控与数字化技术取代了原来依赖传统模式来管理生产与质量的方法，使纺纱企业正在向高速高效、缩短流程少用工方向发展。如国内已建成的全流程智能化纺纱车间，每万锭用工不到20人，彻底改变了纺纱企业工序多、效率低、用工多的传统面貌，已从劳动密集型模式向技术密集型方向发展。目前上述纺纱装备的智能化、连续化、高效化的先进技术正在向本色纱生产企业逐步推广应用，而在国内色纺企业推广应用还很少，致使色纺纱企业与本色纺纱企业的技术差距进一步扩大，主要反映在以下4个方面。1.1　色纺纱生产品种与应用范围色纺纱采用的是纤维先染色后纺纱工艺，但纤维染色后性能变化较大，突出反映在纤维强力下降、短绒与棉结增加。以棉纤维为例，染色后纤维强力比未染色纤维强力下降8.2%左右，棉结增加10.5%左右［2］，且染色后纤维弹性下降，这些变化不但影响可纺性，而且使纺纱特数受到限制。从目前浙江纺纱企业分析，纺纯棉色纺纱多数在14.8 tex~18.5 tex，只适合用作针织用纱。如果纺纱特数低于14.8 tex或色纤维混用比例高于50%时，为保证纱线强力，还需增用部分长绒棉；而目前本色纱生产企业使用同样配棉成分生产7.4 tex~9.8 tex已是常规纱线，如使用细绒棉与长绒棉混配其纺纱特数可降低至5.9 tex，可用作高档轻薄型的衬衣面料用纱，这也是目前色纺纱主要用作针织纱的主要原因。1.2　色纺纱纺纱工艺目前本色纱生产企业由于逐步采用先进的纺纱工艺装备，正朝高速、高效、重定量大牵伸工艺方向发展。如梳棉生条定量普遍在25 g/5 m以上，出条线速度在150 m/min以上，台时产量在40 kg/h~50 kg/h之间。纺纯棉纱时采用国内生产的高效能精梳设备，运转速度在300钳次/min~400钳次/min之间，台时产量高达50 kg/h~60 kg/h；如用国外进口的精梳机运转速度高达400钳次/min~500钳次/min，纺14.8 tex~18.5 tex精梳纱时配一套精梳机（6台），可供应2万纱锭。而目前色纺纱生产企业，因纤维染色后质量下降幅度较大，为保护纤维少受损伤，故多数企业仍采用轻定量、慢车速、多工序的传统工艺路线，如梳棉机以采用A186型为主，速度慢、定量轻，台时产量在15 kg/h~20 kg/h，生产精梳纱时很多企业仍采用A201型精梳机，运转速度只有120钳次/min~180钳次/min，台时产量只有10 kg/h，生产18.5 tex精梳纱时每万锭要配精梳机16台~20台，配台是高效精梳机的3倍［3］。并条、粗纱工序，色纺纱定量与速度也普遍比生产同规格的本色纱低10%~15%，色纺纱混色普遍采用3道并条工艺，比本色纱多1道。细纱机为适应小批量、多品种的翻改品种，目前以采用普通细纱机（420锭/台）为主。为控制络筒后毛羽增加过多，一般色纺纱络筒速度也比生产本色纱降低100 m/min~300 m/min。由于目前色纺纱的工艺设计落后于本色纱工艺设计，故使设备配置多，用工也比本色纱多1倍以上。1.3　色纺纱使用的技术装备目前本色纱生产企业通过设备的更新与改造，普遍采用了先进的清梳联合机、粗细联及高产梳棉机、自调匀整并条机（末并）、多电机智能控制粗纱机及自动落纱细纱长车、托盘式自动络筒机等新一代纺纱装备，在纺纯棉精梳纱时，还采用了单并工艺，使设备生产效率提高、纺纱工序缩短、用工大幅度减少。据了解，目前国内本色纱生产企业纺18.5 tex纱时，每万锭用工均可达到50人~60人，而色纺纱企业由于先进纺纱装备使用比例较低，传统的纺纱装备仍占主导地位，用工多是色纺纱企业普遍存在的问题。据我们对浙江省部分色纺纱企业的调查分析，目前每万锭超过100人的企业仍占较高比例，部分企业万锭用工仍在150人左右，虽然有的企业万锭用工少于80人，但采用的是两班制运转模式，依靠增加工人劳动强度与劳动时间来减少用工，这是不可取的。1.4　色纺纱企业盈利能力色纺纱的吨纱获取效益要高于本色纱，但其原料成本及各项加工费均高于本色纱。当前随着生产企业增加，竞争加剧，色纺纱盈利空间呈下降趋势。一是色纺纱的原料消耗比本色纱增加10%以上。多数品种吨纱消耗原料在1 200 kg以上，这是色纺纱小批量、多品种的生产特点，生产时其回料一般也不在本品种回用，以防出现色偏差，引起质量纠纷。二是色纺纱生产设备配台及其个别工序比本色纱要多1倍。如梳棉机万锭配台在12台~16台，并粗设备配台也要比本色纱多50%，故色纺纱能耗与机物料消耗也比本色纱多，吨纱用电比本色纱增加300 kW·h~4 00 kW·h，因品种翻改，设备停台多，其设备运转率要比本色纱低5个百分点左右，在92%~93%之间。三是用工多且工资年年增加。以每万锭比本色纱多用50个员工，按年工资6万元计算，每万锭每年就要比本色纱企业多支出工资300万元，这是一笔不少的费用。上述这些因素都是色纺纱生产加工费用比本色纱高的原因。近几年，由于色纺纱产能的快速发展，一批中小型色纺纱企业由于设备得不到及时更新改造，只能以生产常规的麻灰纱和低档次的化纤色纺纱为主导产品，已出现供大于需的态势，价格走低，使不少企业盈利空间不断挤压。当前面对色纺纱企业出现的新形势，要使色纺纱企业走向持续发展之路，在纱线领域保持常青态势，必须要从原料结构、产品结构及工艺技术装备进行技术创新。2 色纺纱生产中技术创新的探索针对国内色纺纱生产中存在的短板及面临的新形势，如何走好创新与再发展之路是当前业内关注的一个议题。近几年浙江重点色纺企业通过不断探索，从原料、产品、技术和设备等4个方面进行了技术创新。2.1　原料多元化差异化的创新色纺纱较长时期以来定位为供针织用纱线，故使用棉花的比例达80%以上。棉花是一种天然纤维，有许多优良性能，服用性能佳，制成服饰穿着无静电干扰，但与目前许多化纤比较，棉花存在强力低、短纤维含量较高、纤维长度较短（长绒棉例外）、整齐度较差，且吸湿后干燥速度较慢等缺陷，且棉花是天然种植，受多种因素制约，产量已远跟不上纺织业发展的要求，故色纺纱使用多种原料是发展方向。近几年来浙江省色纺企业在生产中积极采用了多种纤维原料，在天然纤维中有羊毛、绢丝、麻类纤维等，在化纤中使用品种更多，如粘胶纤维、竹浆纤维及高性能的莱赛尔、莫代尔等纤维素纤维；在合成纤维中涤纶、腈纶、锦纶及改性的超仿棉聚酯纤维等，使各种纤维的优良特性在色纺纱中充分体现，如羊毛的优良弹性、蚕丝的靓丽光泽、麻纤维的抗菌吸湿快干性和凉爽性，化学纤维中，粘胶纤维的优良染色性能、涤纶的高强度等，这些多种纤维原料在色纺纱中应用，丰富了色纺纱品种，并改变了用棉花单种纤维生产色纺纱的一些缺陷。从浙江部分色纺企业近年来生产色纺纱使用纤维情况及开发的新品种来看有3个特点。一是都选用2种~4种纤维混纺成纱，使各种纤维的优良性能充分发挥，克服单纤维纺纱的一些缺陷；二是许多纱线品种具有一定的功能性，如抗菌性、防静电性、阻燃性及防紫外线、防辐射等功能；三是采用细特或超细特纤维纺纱，使纺纱特数比纯棉色纺纱有较大降低，纺纱最小特数达到了8.4 tex，超过14.8 tex以下色纺纱的设限。浙江省色纺纱生产企业已彻底改变了以棉花为主体及纱线产品类同的面貌，多纤维混纺色纺纱已逐步成为色纺纱的主要产品。2.2　产品附加值的提高与应用领域的扩大色纺纱生产虽然在使用纤维原料及色彩上有较大变化，但目前生产时多数是以常规纱为主，与当前追求服饰时尚化与个性化的需求尚有一定距离。为了适应服饰向时尚化方向发展，浙江省色纺纱企业在色纺纱生产品种上进行了3个方面的创新。一是在色纺纱生产中融入花式纱的生产技术，使色纺纱不仅有色泽变化，而且在表现形态上发生变化，生产出外观形态各异的花式纱线。其方法是在现有环锭纺细纱机上通过适当改造加装一套花式纱装置，就可以生产出如段彩纱、竹节纱、竹节段彩纱、波浪形纱线等，具有改造方便、投资省、收效快的优点。国内一些色纺纱骨干企业都对环锭细纱机进行大批量改造，且众多的中小型色纺纱生产企业也加快改造步伐，如浙江衢州名龙纺织公司，虽是一家只有2万纱锭环锭纺的小企业，但也看准了花式纱的市场发展形势，在短短2年中已有60%以上环锭细纱机改造成能生产各种花式纱的细纱机，并根据市场要求，不断创新开发出多种新颖花式纱线，以品种多、质量好、服务好占领市场，受到后加工企业的一致好评。由于生产花式纱线可比生产同规格色纺常规纱增加近每吨1万元的加工费，企业获得了较高的经济效益。二是在色纺纱生产中嫁接半精纺生产工艺。在现有纺纱流程中增添和毛、开毛及加捻等设备，企业可根据市场的需求既能生产各类色纺纱，也可生产半精纺纱。如浙江云泰纺织有限公司近期生产的绢丝/羊毛（绒）/涤纶/锦纶4种纤维混纺的纱线就是一款半精纺纱线，可用作高档毛衫用纱。半精纺纱多数采用一定比例蚕丝等天然纤维，使产品的附加值比一般色纺纱有显著提高，有的吨售价高达几十万元，且其吨纱加工费也要比生产常规色纺纱高2倍~3倍。浙江已有多家色纺企业通过增添生产半精纺的关键设备，可同时生产不同风格与用途的纱线，这也是一个发展方向。三是对现有色纺纱的部分关键设备进行改造与创新，生产具有特种表现形态与风格的色纺纱。如浙江卡罗莱纳纺织有限公司最近开发的新型精纺多色彩虹纱与鱼纹状渐变纱都是具有特色的花式纱。多色彩虹纱是先将现有并条机改造成花式并条机，利用花式并条机的并色技术形成多色铺垫，使生产的条子截面具有不同颜色，经粗纱机加工成多色粗纱，然后将多色粗纱作为赛络集聚纺双纱结构的辅纱，并将细纱的前胶辊改造成类似多边形左右不对称结构，经细纱机生产的纱线具有短片段不匀、长片段均匀，且左右交替变换的特殊效果，类似彩虹状称为“多变彩虹纱”。由于多色彩虹纱色彩丰富、风格别致，既可用作春夏季针织裙装、T恤等流行服饰用纱，也可用作秋冬季毛衫用纱，适应多种用途产品的用纱需求。华孚色纺有限公司最新开发的一款等线密度段彩纱也是在赛络集聚纺细纱机上，通过对细纱机后胶辊喇叭口横动装置、异形管等专件器材进行改造，并结合细纱后区牵伸工艺的创新应用，实现不同颜色的两根粗纱交替循环变速、喂入中罗拉，从而开发出色彩循环变化的段彩纱，其具有线密度均匀、条干好、强力高和毛羽少的特点，克服了目前多数企业生产的段彩纱条干粗细不匀、强力低、毛羽较多的缺点，是段彩纱的一个创新。2.3　现有生产装备的改造创新近几年来，浙江省色纺纱重点企业为了改造生产工艺装备的面貌，在采用先进工艺装备方面也进行了多项创新与更新。（1）用先进的清梳联技术取代传统的开清棉与梳棉工序。由于取消了清棉成卷及棉卷搬运工种，既节约劳动用工又缩短了工序（二道变一道），并根据色纺纱生产特点与本色纱采用的清梳联有两点改进：一是不用往复式抓棉机而用圆盘抓棉机，二是每套开清棉机组联接梳棉机台数4台~6台为一条线，以适应色纺纱批量较小的特点。（2）加快传统并粗设备更新步伐。并粗设备在纺纱过程中起承上启下的作用，并粗工序生产的条子和粗纱的质量优劣直接关系到最终生产的色纺纱质量。近几年来浙江重点色纺纱生产企业都将并条工序末道并条机更新采用带自调匀整的并条机，为最终生产出的色纺纱质量创造了良好条件。粗纱机有细纱“预备牵伸”之称，其任务是将条子通过牵伸拉长抽细并卷绕成粗纱，供细纱纺纱应用。故粗纱质量可直接决定成纱质量，将传统粗纱机更新采用多电机智能化粗纱机，可实现恒张力纺纱与卷绕，并彻底清除传统粗纱机在开关车时产生的粗细节现象，这对改善成纱的条干均匀度与强力不匀率、消除成纱弱环有十分重要的作用。（3）精梳机是纺好精梳纱的必配设备，为了提高精梳纱质量，减少精梳条子中的短绒率，浙江色纺纱企业在淘汰落后A系列精梳机的同时，积极采用了先进的高效精梳机。从浙江省常山纺织有限责任公司、浙江云泰纺织有限公司和华孚色纺有限公司使用高效精梳机后效果分析，由于高效能精梳机对纤维梳理时其控制力远大于原A系列精梳机，可使短绒排除率提高约7个百分点，有效纤维利用率提高约5个百分点，同时高效能精梳机的运转速度是A系列精梳机的近3倍（从150钳次/min提高到400钳次/min），故在纺14.8 tex~18.5 tex精梳纱时，每万锭配精梳台数由16台~20台减至5台~6台（1套），既可提高精梳条质量降低原料消耗，又可使精梳工序设备减少一半以上，实现优质、少用工的目标［4］。（4）细纱机是色纺纱的关键设备，也是用工最多的工序。由于色纺纱存在小批量、多品种、翻改频率高的生产特点，目前多数仍采用常规细纱机（每台420锭左右）。近几年来浙江省色纺纱企业为了进一步提高纱线质量及减少用工采取了多项改造与创新措施。一是加快集聚纺与赛络集聚纺改造步伐。因色纺纱采用纤维染色纺纱工艺，与生产本色纱相比，其成纱强力低、毛羽较多，而采用集聚纺或赛络集聚纺技术后，可使成纱强力提高10%~15%，毛羽减少70%以上，故在生产18.5 tex以下色纺纱时，采用集聚纺或赛络集聚纺技术已成为标准配置。二是在常规环锭细纱机上加装集体落纱装置，由靠人工落纱改为自动集体落纱，这既可缩短落纱停台时间提高生产效率，又可降低工人劳动强度与减少落纱工每万锭6人~9人（三班制）。采用该项改造措施可有效降低工费成本开支，并可缓解招工难的困惑，故在浙江省重点纺纱企业正在加快改造推广步伐，应用面已超过50%以上，但是自动集体落纱装置一次性投入费用较大（每万锭超过200多万元），多数中小企业采用智能落纱小车进行巡回自动落纱与插管，也可减少落纱工1/3左右，因其改造费用只是自动集体落纱改造的1/3左右，改造后约3年就可回收改造费用，对中小型色纺企业改造尤为适用。此外，色纺纱企业进一步节约用工，采用带自动集体落纱装置的细纱长车（每台1 008锭以上），但前提是色纺纱生产品种相对稳定且批量生产，目前已有推广应用，其万锭色纺用工可减少至100人以内。（5）在采用粗纱机自动落纱技术的基础上，积极采用粗细联技术，也已在部分重点色纺企业中采用，它是将粗纱机自动落纱的满管粗纱通过数字与网络控制技术，自动输送到细纱的粗纱架上，并将细纱机上用空的粗纱管通过网络控制系统送回到粗纱机备用。这项粗细联技术扩大推广应用既可消除粗纱到细纱运输过程中产生的疵点，又可节省劳动用工。（6）络筒机是色纺纱出厂前最后一道把关工序，也是用工较多的工序，与细纱两工序合计用工占色纺纱用工的70%以上，由于要把好出厂质量关与减少用工，故设备改造更新受到重视。近几年来随着纺纱技术进步，国内外络筒机制造企业推出了第三代托盘式自动络筒机，它将接头、换纱管、落纱全部采用自动化与智能化操作，比现在多数企业使用的纱库型自动络筒机技术更先进，看台能力进一步提高，从原来每人看管1台纱库型自动络筒机扩大到每人可以看管3台~4台托盘式自动络筒机，按万锭配3台自动络筒机需1个操作工人看管，可使络筒工序成为纺纱过程中用工最少的工序。浙江省重点纺纱企业已着手对络筒机进行第二次更新，如百隆东方股份有限公司近几年来将使用10多年的纱库型自动络筒机全部更新为第三代托盘式自动络筒机，用工减少了2/3以上，络纱速度比纱库型自动络筒机提高了200 m/min~300 m/min，最高速度达到了1 500 m/min，配台数减少了10%。鉴于目前多数企业使用的是纱库型络筒机，要在短时间内全部更新为第三代托盘式自动络筒机尚难以实现，针对这一情况，国内已有多家纺机公司成功研发出在现有纱库型自动络筒机上增加一套自动换纱管系统来取代人工换纱管操作，使纱库型自动络筒机具有托盘式自动络筒机的功能，目前已逐步在推广使用中，这是一条较为经济的改造途径，也是自动络筒机中一项创新。（7）络筒后打包与垛装工作也是目前色纺企业用工多、劳动强度大的工序。目前国内多家纺机企业已研制开发出筒纱自动打包与垛装机械来取代人工筒纱打包与垛装工作，使工人劳动强度减轻，并节约劳动用工。百隆东方股份有限公司及浙江云泰纺织有限公司等色纺纱生产企业已应用了筒纱自动打包与垛装设备，在节约用工及减轻工人劳动强度上取得了显著效果，这也是色纺纱企业节约劳动用工的一项措施。总之，通过以上多项纺纱技术装备的创新与更新，既可使色纺纱企业显著提高纱线品质档次，又可在减少劳动用工方面取得显著效果。据相关企业初步测算，在生产19.7 tex色纺纱时，每万锭可比目前减少用工50%左右，吨纱可节省加工费约2 000元，对降低色纺纱加工成本具有积极作用。2.4　质量控制技术的创新（1）用天然染料对散纤维进行染色［5］，取代化学染料对纤维染色。浙江云泰纺织有限公司率先利用这项技术开发新产品，与化学染料相比，采用天然植物染料对散纤维进行染色然后再纺成混纺纱有三大优越性。一是具有良好的环保性和药物保健功能，因天然植物染料无毒无害，对人体无任何过敏性致癌物质，故使用此类植物染纤维纺纱与制成织物，具有防虫抗菌、护肤及防过敏等保健功效；二是因天然植物染料对纤维染色其日晒牢度和摩擦牢度指标均优于其他合成染料；三是用天然色素染色的纤维纺成纱与织成面料，在织造与后整理过程中，使用天然矿物和植物中所提取的助剂不会对环境产生污染，是一种完善的生态环保产品。（2）采用计算机对纤维进行配色，取代目前人工调色配色。色纺纱生产中如何使各种纤维混纺比正确、混色均匀是色纺纱质量控制的一个关键技术。长期以来依靠有经验的调配色人员来进行该项调色配色工作，但人工调配色受多种因素影响（场地、光源和视觉差异）很难做到批与批之间无色差，且费工费时。针对调色配色中的难点，浙江省常山纺织有限责任公司与东华大学合作提出了一种新的计算机调配色技术，其原理是通过研究精细配色方法，设置色彩处理软件利用计算机对纺纱布样成像检测三原色色度，并进行存储，实现用数据描述色差的技术［6］，提高了配色的准确性。采用该项计算机调配色技术，既缩短了生产周期，又提高了对色稳定性，并可减少调配色人员，是一项高效的控制色纺纱技术，解决了传统的色纺配色技术存在凭靠经验易造成的产品周期长、质量纠纷多、信息不能储存、不能用数据描述色差的问题，在国内具有普遍的推广意义。（3）开发基于在线梳理力的梳棉机自调匀整方法与装置［7］，这是浙江省常山纺织有限责任公司与东华大学合作，通过多次试验研究后开发的一项质量控制技术。它克服现有技术中存在的梳棉机在自调匀整中对长短片段梳棉条控制的局限性及混合型自调匀整的结构复杂性问题，并通过梳理力的波动反馈调整相应喂棉量，使梳棉机的梳理力保持相对稳定，避免了喂棉量差异对纤维梳理力的差异，实现了经梳棉机梳理后条子均匀度的优化。此外该公司与江南大学合作，针对细纱机纺纱中大小纱、钢领板上下运动时纺纱张力波动，研制出了一种纺纱张力控制装置，实现了匀张力纺纱，降低了纺纱断头率。经使用测试可降低断头30%，提高产量8%［8］。断头率降低既有利于成纱质量提高，又可适当提高值车工看台能力。（4）为了管控好色纺纱生产中的质量，近几年来浙江省色纺纱企业还在开清棉流程中加装异纤（俗称三丝）检测与拣出装置，使原料中的异纤在开清棉中得到大部分清除；在并条工序末并中普遍采用带自调匀整的并条机，把牢输出条子的长短片段重量差异；在环锭细纱机中普遍配置集聚纺与赛络集聚纺装置，提高色纺纱强力与降低成纱毛羽；在络筒工序采用电子清纱器合理设定工艺参数，把控纱疵与异纤出厂关。3 结语色纺纱是我国纺纱领域的特色纱线，已有30多年的生产历史。由于采用纤维先染色后纺纱工艺，使纱线外观上呈现出丰富多彩的立体效果。用色纺纱生产的各种织物色彩更加绚丽多彩，朦胧感与立体感更强，并形成独特风格，使产品附加值提高，可获得比生产本色纱更高的经济效益，故在我国得到快速发展，经过30多年的不懈努力，目前已能生产出多种色彩组合与多种纤维原料混纺的色纺纱品种，适应了消费者追求时尚个性化的穿着要求，并为国家出口创汇作出一定贡献。30多年来，由于纺纱技术的快速发展，智能化、连续化、高效化等纺纱工艺装备被广泛推广应用，但色纺纱企业目前应用上述先进装备滞后，与本色纱差距进一步拉大，其生产品种与应用范围已远远落后于本色纱，生产的纱线特数高、应用范围较狭窄（针织纱），受工艺技术装备上配台多、原材料与能源消耗也比本色纱多，同时因纺纱工艺装备比本色纱生产滞后，故用工也较多。为了使色纺纱生产能跟上纺纱工艺装备发展步伐，必须要对色纺纱生产进行技术创新与产品创新。在技术创新方面要积极采用先进的纺纱技术装备，改变目前采用的轻定量、慢车速、多工序的传统纺纱工艺技术；在产品创新方面要进一步增加多种纤维原料的使用比例，充分发挥各种纤维的优良特性，改变用单一原料性能上的缺陷，并融合花式纱的生产技术，嫁接半精纺工艺，使色纺纱的品质与档次进一步提升，产品应用领域进一步拓展，走上持续发展之路。