2024年2月15日发(作者：)
从雷炳林及其发明看中国近代纺织科研发展
苏轩;邓可卉;杨小明
【摘 要】近代以来,西方先进的动力机器纺织传入中国,向传统的手工机器纺织发起挑战,唯有积极开展纺织教育、纺织科研才能推动中国纺织业发展进步.作为中国近代著名的纺织工程专家,雷炳林于1936年发明了“雷炳林式大牵伸”和“双孔导纱喇叭法”,前者获得国内外多个发明专利,雷炳林可谓是中国近代纺织科研的开拓者.受雷氏大牵伸的启示,随后有“春座式大牵伸”和“纺建式大牵伸”的发明相继问世,进一步推动了中国近代纺织科研的发展.通过探析雷炳林及其两大发明,雷炳林对纺织科研的开拓及对新的大牵伸机构发明的启示,引发对中国近代纺织科研发展的思考.
【期刊名称】《丝绸》
【年(卷),期】2015(052)006
【总页数】7页(P61-67)
【关键词】纺织科研;雷炳林;大牵伸;邹春座;纺建
【作 者】苏轩;邓可卉;杨小明
【作者单位】东华大学纺织学院,上海201620;东华大学纺织学院,上海201620;东华大学纺织学院,上海201620
【正文语种】中 文
【中图分类】TS103.12;K875.1
纺织工业的发展主要依靠纺织教育和科研。进入近代，中国传统的手工纺织业发展受到西方动力机器纺织的冲击，引进外国先进的技术和设备是发展中国近代动力纺织业的第一步，而只有通过开展纺织教育、进行纺织科研创新才能和西方纺织业相匹敌，雷炳林正是中国近代纺织科技创新的领军人物。雷炳林通过多年试验，反复研究，在外国先进设备的基础上发明创新，获得国民政府颁发专利的同时，还获得外国授予的专利证书，将其发明创新传播到世界多国，扭转了中国近代纺织一味吸收利用的局面，转为主动出击，为中国近代纺织业在世界赢得了一席之地，且引领了国内一股纺织科研创新的热潮，可以说雷炳林是中国近代纺织科研发展的开拓者和功臣。因此，对雷炳林及其发明进行一定的研究可增进对中国近代纺织科研发展的认识，具有重要的意义。
1.1 雷炳林简介
雷炳林的发明获得成功，源自两个方面：一是他对祖国的热爱，一是他对纺织事业的热爱。正是这两个热爱，促使他为中国近代纺织科研做出重要贡献。出生于1882年的雷炳林，早年跟随父亲到美国谋生，从事纺织相关的业务，但是雷炳林感到业务面狭窄，“惟觉该公司仅织汗衫与袜，不若布疋需要之广”[1]，于是立志学习纺织，在叔父的资助下，进入美国宾州费城纺织学校修习纺织，其对纺织专业的热爱由此发端。及至1910年，雷炳林学成归国，先后辗转上海、广州等地，从事纺织相关业务。1916年，受张謇先生的邀请，出任南通纺织染专校教授，任教七年来，将自己在国外学到的先进纺织知识和技术毫无保留地传授给国内有志纺织的人士，南通纺校也参照费城纺校安排课程与实习。随后雷炳林又应邀到永安纺织公司工作，先后在永安一厂和永安三厂出任主任及工程师等职务，雷炳林“通过改良机器，保证出品精良，从而减轻成本”[1]，经过反复试验，一次次的失败，终于1936年发明了“雷炳林式大牵伸机构”和“双孔导纱喇叭法”。雷炳林作为中国近代早期留美学习纺织的一员，毅然选择回国从事纺织教育和科研等相关工作，
坚守在纺织行业三十余年，并完成两项重大发明，无不体现其对祖国和事业的热爱。
1.2 雷炳林的发明
雷炳林在1936年发明了雷氏大牵伸及双孔导纱喇叭法后，纺织刊物上发表了多篇相关介绍文章，有雷炳林自己撰写的，如“棉纺大牵伸机伸弹器发明经过及其特点概说”[2]、“皮圈式牵伸之我见”[3]、“细纱机上罗拉重锤应改善之我见”[4]；有雷炳林的演讲内容，经专人记录刊载于期刊的，如“雷炳林式大牵伸与双孔导纱喇叭法”[5]为雷炳林在申新二厂的演讲内容，“关于并条粗纱和大牵伸的讨论”[6]为雷炳林在中国纺织学会学术组第三次学术讲座上所作演讲；亦有一些学者对雷炳林的发明进行专门介绍和研究，如“雷炳林氏大牵伸成绩报告”[7]、“纺织先进雷炳林先生又一新发现——双喇叭”[8]、“发明家雷炳林氏访问记”[9]、“使用雷炳林氏发明粗纺机双孔喇叭及精纺机大牵伸之究研”[10]、“论雷氏式大牵伸”[11]、“雷炳林氏精纺大牵伸装置概况”[12]、“从牵伸波上看雷氏双喇叭粗纺机”[13]、“粗纺机双孔导纱喇叭装置法及其工作实况”[14]等；还有雷炳林发明的简单报道，如“纺纱机上两大发明”[15]、“雷炳林氏大牵伸试验成功”[16]。近代关于雷炳林的发明文章有十余篇，充分体现出两项发明的重要性，被国人广泛应用和研究，切实提高生产效率，取得一定成绩，有效地推动了中国近代纺织科研和工业的发展。通过研读这些文章，可对其发明有比较深入的了解。
1.2.1 雷炳林式大牵伸
牵伸机构的历史可追溯至1738年，英国人卢氏(Leueis Paul)发明数对平行罗拉，通过依次增加表面速度而发生牵伸作用。后在1768年，英国人奥氏(Ark Wright)发明了四对平行罗拉细纱机，原理与前者同。1868年，佛勒(Fuller)为减少浮游纤维，将木质中上罗拉改为铁质，产生不加压自重保证长纤维的顺利牵伸通过，作为大牵伸发明的开端。1921年由西班牙人卡萨布兰克斯(Casablancas)最先试验成功皮圈式大牵伸，即著名的卡氏皮圈式大牵伸[17]。该机构通过为罗拉间增加皮圈
设计，加大对纤维的控制力，有效降低浮游纤维，提高出纱质量，牵伸出更均匀的棉纱，该机构一经发明，即被广泛使用，中国近代各纺织厂也纷纷使用该机构牵伸棉纱。
雷炳林式大牵伸机构简称雷氏大牵伸，是在卡氏皮圈式大牵伸的基础上发展而来。卡氏皮圈式大牵伸虽有很多优点，但随着使用的加深，其自身存在的一些问题逐渐暴露，由于固定的皮圈架设置，皮圈经长时间使用而发生松懈，导致出纱不匀等问题，必须及时更换皮圈，但同时又增大了生产成本，其张紧器申请了专利，不得随意利用[2]，上、下张紧器均为固定且无弹性，其速率快慢不匀导致纺成纱支粗细不均[3]，还需同时插入，手续较为复杂[17]，且卡氏大牵伸主要针对埃及棉等长纤维，而中国纺纱以短纤维为主。雷炳林凭借多年经验，认为中国纱厂改造大牵伸机应基于皮圈式，并考虑原棉及女工能力等因素，“采用构造简单，而机件牢固，并工作便利之式为最要”[2]。雷炳林在卡氏皮圈大牵伸的基础上进行改造，保持了原有的三排罗拉结构，在中上罗拉和中下罗拉上分别套伸皮圈，去除了卡氏大牵伸的固定皮圈架，改为可活动的双位皮圈架置于中下罗拉，用以管制四个皮圈，皮圈架两端的凸起卡入两边特制的蜻蜓头凹口内，避免其左右移动。雷氏大牵伸的专利部分为伸弹器，分上伸弹器和下伸弹器，下伸弹器卡入双位皮圈架后的缺槽中，下皮圈一端套伸在中下罗拉，另一端用下伸弹器绷紧，上伸弹器的长度同双位皮圈架，其两端卡入与双位皮圈架相同的蜻蜓头凹口内，上皮圈一端套伸在中上罗拉，另一端用上伸弹器绷紧。上伸弹器顶部设计了一个凸起，通过套伸弹簧，顶住马鞍中部，通过弹性变化以控制皮圈[11]。
经过改进后，雷氏大牵伸在功能和效率上较卡氏皮圈大牵伸有所进化和提升。当皮圈进行牵伸时，针对不同的纤维，上伸弹器顶部突起套伸的弹簧可发生细微变化，以增加皮圈对纤维的控制，保证出纱均匀。当皮圈因久用产生松弛现象后，上、下伸弹器卡在同一蜻蜓头凹口内，只需简单调节蜻蜓头的位置，即可方便的控制上、
下伸弹器的移动，使得皮圈重新绷紧，恢复其对纤维的正常牵伸，保证出纱的质量和产量。雷氏大牵伸的加压装置一改以往的直接重锤和自动弹簧杠杆，而设置了杠杆重锤加压装置，节省制造成本，减轻机身重量，减少动力消耗，并延长房屋等使用寿命[4]。在雷炳林大牵伸改造完成后，程甲山[7]及欧阳威廉[11]等均通过试验对比研究了雷氏大牵伸和卡氏大牵伸的实际生产效率，在支数与捻度均相同的情况下，雷氏式所牵伸出的棉纱的强力和格令均大于卡氏式的。
雷氏大牵伸的发明继承了牵伸机构发明的一贯风格，在充分吸收原有机构优点的基础上，通过对细节部分加以修缮，实现牵伸效率的提高和出纱品质的完善。除沿袭大牵伸更迭发明的设计方式外，从手工纺绩中获得启示的这一设计理念也为雷炳林所沿用。卡氏皮圈大牵伸上皮圈的设计即为模拟手工纺绩的手指皮肤，雷炳林在此基础上，设计了可随意调节的伸弹器，且增加了弹簧设计，模拟手指间的松紧可控。因此雷氏大牵伸上有两项内容受到手工纺绩的启示，一项沿袭卡氏皮圈大牵伸，一项为雷炳林所开创。
1.2.2 双孔导纱喇叭法
雷炳林在永安第一厂设计发明了双孔导纱喇叭装置，旨在增强粗纺机的复合作用，使产量增加。改造方法十分简便，将头道粗纺机上的单孔导纱喇叭头改为双孔，适度加宽前、中、后罗拉间距，并加重前后重锤。可使一台粗纺机生产双倍产量，原导入一根棉条，现增为两根，产量加倍，锭子少用一半[5]。永安一厂改革后，头道粗纱机停开约十分之三，同时增加了万锭细纱机，且经改造后，人工、房屋、动力及物料等均可减少[8]。吴光焘[10]在永安第三厂进行试验，普通粗纺机为八十锭一台，只能供给细纱两千锭，而经改造后，粗纱初纺机一台可供细纱四千锭，由此减了一半成本，事半功倍。此外还有何永江[13]及培芝[14]等均对双孔导纱喇叭法进行过一定的研究。
1.3 雷炳林的收获
雷炳林创造了两项发明后，便“呈请实业部准予专利”，实业部于1937年4月批准大牵伸专利五年，于当年11月颁发了第97号专利执照。后雷炳林继续研究，对下皮圈伸弹器进行改良，使用弹簧做压力鞍架器等，1939年7月“呈请国民政府经济部追加奖励专利”，经济部于同年10月31日准予追加专利在案。同时雷炳林向国外纺织先进的国家呈请专利，先后获得英国政府、印度政府及美、德、法、意、瑞等多国颁发的发明专利[1,18]，从侧面反映出雷炳林发明的重要性和影响力。在1947年的全国纺织工业生产会议上，雷炳林发表了倡导全国棉纺厂采用其两项发明的提案，通过改装双孔喇叭，可使产量增加一倍，减轻生产成本，雷氏大牵伸可纺制出强力增高，更加均匀的纱条，且能够增加产量[19]。此外，他在会上亦提出了改良技术[20]、训练技工[21]、培植纺织人才[22]等多项提案。在“技术家的责任”[23]一文中，雷炳林倡导中国纺织技术人员应“从技术方面力求改进，提高品质，增加生产，减低成本，庶几能与外货对抗”，该文及以上提案体现出一位技术专家对中国近代纺织业发展的关心和支持。此外，雷炳林还发表过与原棉相关的文章，如“对棉麦借款之管见”[24]、“论原棉之增产”[25]，体现其对棉纺业纺织原料的重视。
雷炳林的发明不仅直接提高了纺纱生产效率，推动纺织工业的进步，且带动了中国近代一股对大牵伸改革、创新的热潮，随后又有“春座式大牵伸”和“纺建式大牵伸”陆续发明，国人已逐渐由被动使用国外大牵伸机构改为主动进行机构和形制的改造，以切实提高生产效率。
2.1 邹春座和春座式大牵伸
时任中国纺织建设公司工程师的邹春座于1947年发明了“春座式双重皮圈大牵伸”，获得经济部授予的五年专利[26]。春座式大牵伸在卡氏皮圈大牵伸的基础上改造而来，为后罗拉增加套伸皮圈，由此三排罗拉的中罗拉和后罗拉都有了皮圈设置，谓之双重皮圈，旨在提高后罗拉的功效，进一步加大牵伸效率，节约生产成本。
邹春座在中国纺织学会第十二届年会上发表论文介绍了该机构多项优点：1)牵伸效率较普通单重皮圈增加五十倍以上，可废止一道或二道粗纱，直接使用头号粗纱或棉条纺成细纱；2)如仍使用二号粗纱，可增加粗纱格林，增加细纱出数；3)去除皮辊架等，构造简单；4)无铁棍装置，减少细纱断头；5)后皮圈的设置进一步减少浮游纤维，纺出更均匀的纱支[27]。邹春座在论文中提到其前后耗费十年时间完成此项发明，由此推算，大抵于1937年即开始筹备改造。而雷炳林发明雷氏大牵伸并获得政府专利恰于1936年，并且雷氏大牵伸也是基于卡氏皮圈式大牵伸进行的改造，因此从时间上和改造方向上可推测邹春座受到了雷氏大牵伸发明的影响。
邹春座耗时良久完成发明，主要是“限于资力，为职务所羁”[27]。邹春座作为纺织工程师，对纺织机械原理有一定的掌握，可以从理论上完成对卡氏皮圈大牵伸的改造，设计出双重皮圈，但在投产使用之前，须经过大量、反复的试验。在研究初期，邹春座曾先后在多家纺织企业供职，发明试验时断时续。后生产出多套牵伸机构，在自创的铁木小型机上试验，获得一定成绩，遂在无锡创办了泰记家庭纺纱社，生产“泰”字商标的纱，但由于其前纺机器全为自制，因此不能充分发挥双重皮圈牵伸的效率。随着抗战胜利，邹春座获得了中国纺织建设公司总经理束云章的支持，由纺建公司第二机械厂代为制造，在不断的改良和试验下，对比不同式样，最终完成了春座式大牵伸的发明。
邹春座进入纺建公司后，不仅完成了双重皮圈大牵伸的发明，还对各式大牵伸进行比较研究[28]。他通过观察各式牵伸机构，认为构造虽有别，但原理相同，均为“粗纱经铁棍、皮圈及皮辊以纺成细纱”，因此只要做到“装置正确，运转灵活，揩扫清洁”，方能保证牵伸良好，减少不同机构间的差异。邹春座主要从两方面比较牵伸机构的优劣，一为考虑牵伸校正后，是否易于变动，二为机构是否易于揩扫。经过对多个牵伸机构的比较，针对第一点得出的结论为：用重锤的优于使用弹簧的，构造简单的或坚固的要比构造复杂的或精巧的更好。对于第二点，邹春座认为皮圈
上的小绒辊与中后罗拉上的下绒辊十分重要，应随时清扫。除了大牵伸机构，邹春座还对清花机[29]及自动布机[30]等有所研究。此外，邹春座对中国近代纺织经济、纺织工业发展等有一定的研究，并将自己的观点撰文发表于近代纺织期刊[31-35]，以期与大家共同探讨。
2.2 中国纺织建设公司和纺建式大牵伸
中国纺织建设公司(以下简称“纺建公司”)是国民政府在抗战胜利后接收所有在华日本纺织厂而成立的当时唯一一家国营性质的纺织企业，其部分规模堪称当时全国乃至世界之最。正是基于如此雄厚的实力，丰富的纺织设备，充足的资金，纺建公司得以完成大牵伸机构的改制和创新，“纺建式大牵伸”正是纺建公司上海第二机械厂对日本O.M.B.式大牵伸的仿制及改进，于1946年底绘制图样，1947年试制完成，送至纺建公司第七、十五、十六等纺织厂试验，生产达标后开始制造该大牵伸机构。纺建式大牵伸不仅继承了O.M.B.式大牵伸的全部优点，且进一步提高功效，可纺制20至120支的粗、细纱，牵伸倍数自15至30。“纺建式大牵伸”一文介绍了该机构的十项优点：加压系统各锭独立，完全废除了重锤、扎钩、大铁棍等装置，皮圈的清洁和更换变得更容易，可任意更换弹簧，车面变窄，罗拉凳子倾角增大以减少棉纱断头，利用弹簧吸收震动，采用不生锈的合金配件，罗拉中心距离可自由调节，增大了牵伸倍数。相较于O.M.B.式大牵伸，纺建式大牵伸增加了前皮辊弹簧保险和凸凹式张紧器，并且对上皮圈架的下脚张口和下皮圈架的凸出梢钉进行热处理，增强硬度，弥补缺陷。该大牵伸机构可实现纱支产量的增加，并且降低制造成本、改进纱支品质，以此争取更大的海外市场[36]。纺建公司除研制牵伸机构外，还进行纺织相关的技术研究，上海第四纺织厂在纺建技术研究会上提出四条提案：抄钢丝究竟采用何种方法最为完善、细纺落纱筒管应放在何处最为适当、自动布机换梭式与换管式何者为佳、如何培养纺织各部门技术专家，在每条提案后都给出了较详尽的解决方案，并登载于期刊上[37]，以供大家参考。
雷氏大牵伸、春座式大牵伸及纺建式大牵伸是中国近代三个主要的大牵伸发明，通过研究这三项发明，可对中国近代纺织科研的发展有一定的了解。
雷氏大牵伸和春座式大牵伸都是基于卡氏皮圈式大牵伸改造发展而来，纺建式大牵伸是对日式O.M.B.式大牵伸的仿制和改进。卡氏皮圈式大牵伸和O.M.B式大牵伸分别发明自西班牙和日本，历经多年使用，日臻完善。近代以来，西方的动力纺织机器引入中国，该两项大牵伸机构也被国内纺织企业广泛使用，雷炳林、邹春座及纺建公司正是基于对大牵伸机构的熟练使用，发现其中存在的个别问题，加以改进，创造出新的发明。中国近代纺织科研主要是沿着引进、消化、吸收、再创新的过程进行发展。
雷炳林在永安纺织公司供职多年，完成了雷氏大牵伸的发明。邹春座曾为多个纺织公司服务，但最终在纺建公司的支持下完成了春座式大牵伸的试验、试制和投产。纺建式大牵伸的发明是由纺建公司上海第二机械厂对进口大牵伸机构仿制及改进，试制完成后交由该公司第七、十五、十六等纺织厂进行试验，生产达标后开始制造。由此观之，欲开展纺织科研，除纺织工程师应具备扎实的基础知识和专业技能外，客观上还应具备充足的资金、完善的试验设备和一定的生产制造能力，这样才能够保证纺织专家充分施展才能、不断试验、发明创新，并真正将成果转化为实物，制造出先进的纺织生产设备，切实投入到纺织生产，发挥最大效能，提高纺织生产效率。
雷氏大牵伸发明后，不仅获得了国民政府颁发的专利证书，同时还获得多国给予的发明专利。春座式大牵伸也获得经济部颁发的五年专利。专利证书的颁发一面是对中国纺织科研创新成果的保护机制，另一方面也是对发明专家的政策扶植和奖励，对保护和推动纺织科研发展具有重要和积极的意义。
虽然近代有以上几项优秀的大牵伸机构的发明，但是中国近代纺织科研仍存在一些不足之处值得反思。最主要是政府的重视程度不够，体现在没有给予纺织科研工作
者充足的资金和良好的试验条件，没有建立更多有效的纺织科研机构。以上三项发明的一个共同点是都在纺织企业、工厂中完成，由纺织企业提供资金和试验设备，优势是纺织工程师在生产一线能直接发现设备所存在的问题，针对具体问题寻找解决方案，不断的进行试验，最后完成发明创新，直接应用到生产一线，即“从生产实践中来，到生产实践中去”，劣势即纺织工厂主要是发展生产的地方，各个纺织机械主要用于生产，多少会给工程师的试验带来不便。近代中国主要的纺织科研机构有棉纺织染实验馆和公益工商研究所，前者是由棉业统制委员会与国立中央研究院联合创办的，虽建立了专门的试验场，购置了大量的纺织染整设备，完成了一些试验和研究等工作，但受战乱的影响，开办时间过短，仅三年时间(1934—1937年)，因此并未产生更多的纺织科研成果。而公益工商研究所仅为荣家企业私人建立的研究机构，对纺织科研的贡献十分有限。纺织科研机构的建立一方面可以为纺织工程师提供充足的试验设备和良好的试验条件，另一方面可以充分发挥集体力量，纺织专家齐聚一堂共同讨论、研究、发明，互相启发、互相帮助，以此才能完成更多、更好的纺织科研成果。
通过探析雷炳林及其两大发明，雷炳林对纺织科研的开拓及对新的大牵伸机构发明的启示，引发对中国近代纺织科研发展的思考。纺织科研机构的建立一方面可为纺织工程师的试验提供帮助，另一方面可充分发挥纺织专家的集体力量，完成更多、更好的纺织科研成果，从而促进纺织科研的进一步发展。
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