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世界科技全景百卷书: 水力大纺车
“车纺工多日百觔，更凭水力捷如神。世间麻欸乡中地，好就临流置此轮。”这是元代科学家王祯在其所著《农书》中，介绍水力大纺车后所作的一首诗，诗中描述了水力大纺车的功效，并期望它能在临溪流地区得到推广。 中国古代的纺车兼有纺纱和加捻合线的功能，它经历了由手摇纺车到脚踏纺车，再到水力纺车，由单锭到多锭的发展过程。大纺车大约出现于宋代，它是在复锭脚踏纺车的基础上创制而成的。它的纺锭达到32个，同时问世的还有一种多锭纺纱车，锭数多达七八十个，达到了手工纺纱机器的顶峰。据研究，手摇纺车每人每日工作12小时，仅得四五两（十六两制）纱，使用脚踏纺车日产半斤余，用大纺车加捻麻缕可日得100斤，而用多锭纺纱车则日产棉纱10余斤。可见使用大纺车及多锭纺纱主后，其生产效率大为提高，而且纺出的纱线越来越细，条干均匀，强度增加。 大纺车由加捻卷绕、传动和原动3部分构成。加捻卷绕包括车架、锭子、导纱棒和纱框等机构。其中的关键部分是锭子部分，它是在车架下方装置一长木板，在板上装着32个间隔距离相等的木轴承（臼），用来承托锭子底部的铁锭杆。同时用有脚铁环楔入木板，用以固定锭子，使其运转时不会晃动。纱管由木车成，中空，套在铁锭杆上紧配成一体。大纺车一般用于纺制麻纱，麻缕比较粗松，如在纱管上绕得量少，就要经常停车换管。为减少换管，需将管边加大，使能容较多的麻缕，这在现代称之为“大卷装”。但管边直径如过大过重，则皮弦就无法靠摩擦带动锭杆迴转。为解决这一矛盾，古代的纺织工匠们利用杠杆原理，把锭杆加长，使锭杆在本轴承到有脚铁环之间的距离，等于或大于锭子前端木纱管的长度，又使铁环前移靠近纱管边，从而减少了锭杆在木轴承处的摩擦力。此外。为了使各根麻缕之间在加捻卷绕过程中不致相纠缠，在车架前面安装了32枚小铁叉。这些小铁叉在规定动程内作左右的往复运动，不仅把相邻的麻缕隔开，而且能使麻缕在纱框上交叉卷绕成型良好。 水力大纺车出现于宋代，它是由大纺车与水转原动机构组合而成。其原动机构是一个直径很大的水轮，利用水流冲击水轮上的辐板，发生连续的推动力，促使水轮旋转。 水力大纺车是古代世界中的先进纺纱机械。在西方，直到1769年，方由英国人创造出水力纺机和建立欧洲第一个水力纺纱厂。 手纺车 最早的纺纱机——绕线杆和锭子——很可能是公元前6500年的妇女发明的。绕线杆是一根劈开的棍子，约三英尺长，用手把毛松松地，一圈一圈地绕在绕线杆上。绕线杆可以夹在腋下或插在锭子里，以便纺织者腾出手来。从绕线杆抽出的毛不断地连接起来，连接一般是通过左手的指头和右手的大拇指及四个指头将毛捻拢，然后通过悬垂的锭子将线绕起来。锭子是一种细木头杆，有8至12英寸长，顶端有切口，以便把线头固定在上面。当然锭子必须旋转。为了使锭子旋转，就把锭子的下端插在一个定盘内；定盘是象飞轮一样旋转的木盘，能使锭子以均匀的速度转动。 这种装置在中东和欧洲使用了数千年之久，间或有一些局部的改进。大不列颠群岛的最古老的手纺车，是在苏格兰的皮克特人的一个村落发现的，其年代可上溯到罗马时代。虽然手纺车这种“现代”发明已经在十四世纪引进到英国 （可能是从意大利引进的），但是在许多英国村子里，人们仍然使用绕线杆和纺锤 （锭子）。 最初，人们借助手轮的力量使锭子更容易旋转。锭子固定在一个支架里，用皮带传动；皮带的另一端绕在手轮上。一部在十九世纪初期出版的书，对这种操作有如下的描述：“在用手纺车纺纱时，粗纱紧紧地捏在左手的食指和大拇指之间，左手离锭子的距离约为三英尺。右手转动轮子，轮子通过皮带带动锭子。与此同时……左手收回约半码，将粗纱抽成纬纱。然后转动轮子，将纱线捻一下，最后将其绕在锭子上。”这段描述是用过去时写的 （表示那是以前的事），因为在那时，纺车已不用手来操纵，而是用脚来操纵了，两只手都腾出来处理线。脚纺车是一个不知名的从事纺纱的妇女发明的，在十八世纪中期开始使用。然而在那个时期，新型的纺织机械已大量投入生产，迎来了纺织工业的新纪元，酝酿着尔后的英国工业革命。 编织机 对于基督教新教的教士们来说，伊丽莎白时代是一个困难的时期。许多人怀疑新教，把它看成是异端邪说，洪水猛兽，是那些整天围在王位周围的无耻地追求权力的人强加给人民的。 教士威廉·李就是在这样的背景下生活的。他是一个不适应环境的人。他听到妻子的编结针的窸窣声就感到不舒服。 突然他脑子里出现了一个念头。当他瞧着妻子的双手拿着两根针迅速地编结时，他奇怪为什么不能用数百根小针代替一根大针，用许多钩子把编结的环状物提起来置于毛线之上，一次就打一排。为什么不能采用一种自然的编结机呢？ 在威廉·李的想法中没有什么特别新鲜的东西。北非的牧民们在公元前若干世纪已开始使用编结机和钩子；织地毯的工匠使用的一种框架技术就跟李教士设想的框架技术差不多。新鲜的只是编结机的概念和用一排钩子把编结的环状物提起来置于毛线上用简单的动作编织。 李教士一旦认为自己找到了扬名和生财之道，他就忘记了自己的职业。他把自己的书籍收起来堆放到一边，带着机器到宫廷去谒见伊丽莎白女王。他希望得到两个东西：第一，得到女王的保护，使别人利用他的发明要付一定的酬金；第二，获得编结机的垄断权和专利权，这样他的利益就得到了保护，就有一笔稳定的收入。可是女王根本不理他，一下就把他打发出来了。他处境窘困，想在这个城市里寻找资助。可是没有一个人对他的新鲜想法有信心。不久，他便乘船到了欧洲大陆，希望能在大陆上打开局面。他和他的弟弟一起竭力说服金融家们兴办机械编结工业。但是，他一切的努力都是徒劳。他于1610年在巴黎默默无闻地死去。 他的弟弟同样失望，带着机器回到了英国。时来运转，他碰到了一个从诺丁汉来的商人，这个商人对他的机器感兴趣。于是他们在英格兰中部地区的北部合伙开办了第一个机械化的针织厂。这个冒险十分成功，致使在一个世纪以后，莱斯特的手工编结工人向市长和高级市政官员请愿，要求保护他们的利益，不在这个县再增加编结机器。由于李教士的发明，机织袜子比手工编结的便宜得多，袜子就再也不是什么奢侈品了。 飞梭 十八世纪英国棉纺织工业中的三大发明，至少是每个念书的孩子都知道的；这三大发明是凯伊的飞梭、哈格里夫斯的珍尼纺纱机和克朗普顿的走锭精纺机。这三项发明大大地促进了棉布的生产。棉纺织工业的大发展是世界上第一次工业革命的特点。 1733年，约翰·凯伊——兰开夏的一个自由农民的第十二个孩子——发明了飞梭。若干世纪以来，纺织工人一直是用手纺机纺织，将带线的梭子缓慢而费力地从一只手抛到另一只手。凯伊在织机的两边装上了梭盒，梭盒用一个长木板连接。在每一个梭盒内都有一根水平的金属杆或锭子，自由地随锭子滑动的是一个皮带传动器或皮结。每一个皮结上系着一根松松的绳子，这些绳子通过一根棍子或清棉棒连接在织机中央，棍子或清棉棒握在纺织工人手中。通过把清棉棒朝一边拉和朝另一边推的方式，一个纺织工人用一只手就能使每一个皮结按时滑动，带动梭子，将其抛到织机的另一面的梭盒里。凯伊还引进了轮子，以减少梭子运动途中的摩擦。 这样，人们就能用比以前快得多的速度织出各种幅宽的布来。但是用手纺机的人却很不欢迎凯伊，有些采用飞梭的人甚至拒绝交费。凯伊终于在1747年离开英国去法国，在穷愁潦倒中死于异乡。 虽然如此，这种新发明的简单性却保证了它的成功，大大地增加了纺织品的产量。这一事实迫使企业家们去寻求较快的纺纱法。 轧花机 伊莱·惠特尼在一个寂寞的冬天花六个月研制成功了轧花机，大大地改变了一个大国的历史发展进程。没有一个人在六个月里所做的工作有这么大的影响。惠特尼是一个艰苦创业的新英格兰农民的儿子，于1792年毕业于耶鲁大学的法律系。他债台高筑，忧心忡忡，能够找到的唯一工作是在南卡罗来纳当助教。 但是在他去当助教的途中，他在佐治亚州的萨凡纳附近的一个衰落的棉花种植园停了下来。这个种植园属于凯瑟琳·格林太太所有。格林太太是美国独立战争中的一位英雄的遗孀，当时已年届四十。 惠特尼似乎对这位风趣而漂亮的格林太太产生了一种终生难忘的不可名状的情感。他在那儿碰见了为新摘的棉花去籽的问题，于是便借故留了下来。 南方的棉花种植者所抱怨的问题是，虽然工业革命正在大西洋两岸开辟巨大的棉花市场，但是在南方的大多数地方能够种植的棉花却是高地品种，纤维不仅短，而且跟绿色的棉籽粘得很紧。当时的原始轧花机不能对付这种棉花，因此，必须用手把棉籽剥离下来。用这种方法，一个奴隶一整天才剥一磅棉花。如果能找到一种给高地棉花去籽的新的经济的方法，就能为南方开辟巨大的新市场。惠特尼接受了这个挑战。他全神贯注地研究这个问题，在十天内就作出了第一个轧花机模型。 这种轧花机主要由两个滚筒组成：一个滚筒上面布满了铁制的尖钉，抓住棉花，将其跟棉籽分开；第二个滚筒上布满了短而硬的毛，将第一个滚筒上的棉花刷下来，使其不致堵塞。有了这种简单的机器，一个奴隶在一天里轧50磅棉花是没有什么问题的。在南方，这种农作物一夜之间就变成了具有很大经济意义的东西。于是格林太太的棉花种植园开始大量使用奴隶劳动力来采棉和轧棉，以一般的棉花种植园不能企及的速度向前发展，迅速摆脱农村的落后面貌，变成了一个欣欣向荣的居民点。惠特尼竭力争取这项发明的专利权，可是一切的努力都成了徒劳。于是他继续进行开拓性的大规模生产和从事一些早期机床的研制。 漂白粉问世 漂白纺织品（例如亚麻和毛纺织品）的技艺在远古时候就出现了，似乎所有的古老文明都熟悉这种技艺。埃及人、腓尼基人、希腊人和罗马人都生产白色的亚麻制品，但是人们却不知道他们使用的漂白方法。在十字军东征后，荷兰成了这种工艺的领先者，几乎直到十八世纪还保持着漂白工业的垄断地位。例如，虽然英国的曼彻斯特附近早在1322年就有一些漂白工场，索思沃克在十七世纪中期有一个大的漂白厂，但是大多数褐色的亚麻制品都要送到荷兰去漂白。荷兰的漂白法，是把亚麻制品放在硷性染料里浸泡数天，然后洗净，摊在地上晾晒若干星期。这种“浸泡”和“晾晒”的处理反复地交替进行五至六次。此后，再将亚麻织品放在酸牛奶或奶油里浸泡几天，泡后拿起来洗净晾干。这种工艺很不理想，因为它需要很大的地盘，而且要历时好几个月，在北方各国需要的时间更长。 1736年，英国通过了一项法令，允许增加衣料成分中的棉花。这项法令对漂白工业是一个巨大的刺激。1756年，弗朗西斯·霍姆博士提出用稀硫酸来取代奶油，大大地缩短了用传统方法进行漂白的时间。1774年，瑞典化学家社勒（1724～1786）发现了氯（他在1779年又发现了甘油，据说在前一年已经发现了氧）。在埃及战争中曾充当拿破仑的科学顾问的法国化学家贝托莱，最先认识到这种新气体对亚麻的天然颜色有漂白作用。1785年，他创造了一种用次氯酸钠消毒液来漂白的化学方法。贝托莱把这种方法告诉了瓦特，瓦特又将此法告诉了格拉斯哥的坦南特。贝托莱法很快就在苏格兰得到了应用，但是，用起来却不方便（漂白者不得不自己制造氯气），而且令人感到不快，对工人的健康也有影响。1799年，坦南特改进了这种漂白法。我们现在所知的漂白粉即起源于他引进的新方法。 坦南特把次氯酸钾消毒液法稍加交通，让氯气通过石灰，便生产出了漂白粉。最初漂白粉的售价为140英镑一吨，到1830年降到80英镑一吨。发明漂白粉是一个极其重大的事件，没有漂白粉，棉纺织工业决不可能得到如此迅速的发展。化学漂白法在造纸方面也有实用价值。到1830年，英国漂白粉的年产量接近1500吨。后来人们作了一些取代漂白粉的尝试，可是除了在能用便宜的电力来电解食盐制造次氯酸钠的地方以外，几乎所有的尝试都归于失败。 缝纫机 发明有针眼的针，在人类历史上是最伟大的技术进步之一，其重要意义可与车轮的发明和火的发现相提并论。针的出现早得惊人，用猛犸的牙、驯鹿的骨和海象的牙做成的针，大多数是在旧石器时代的山洞里发现的，其年代可以上溯到40，000年前。 有两个人，如果他们把注意力转向机器缝纫问题而又能合作的话，可能在十八世纪末叶以前就会发明缝纫机。这两个人是英国的韦森霍尔和托马斯·圣。韦森霍尔于1755年获得了一种双尖针的专利权，这种针的针眼在中间。托马斯·圣于1790年获得了一种装置的专利权，这种装置具有现代缝纫机的许多特点，但是没有带针尖和针孔的针。 直到1830年，法国圣艾蒂安的一个叫坦莫尼尔的穷裁缝，才设计出一种真正实用的缝纫机 （虽然主要是用木头做的，相当笨）。在十九世纪四上年代，这种缝纫机主要用来给军队作衣裳。不幸坦莫尼尔的手工工场受到了洗劫，他仅能只身脱逃，险些丧命。他决心继续搞下去，并改进了缝纫机，于1848年在英国和美国获得了专利。但是他未能设法使自己设计的缝纫机在市场上出售，终于在1857年于贫困中死去。 缝纫机发展的下一步是在美国进行的。纽约的沃尔特·亨特、马萨诸塞州斯潘塞的伊莱亚斯·豪和艾伦B·威尔逊这几位发明家，他们互不知晓，独立地设计出了实用的缝纫机模型。豪来到英国出售其专利权，但由于贫困，于1849年被迫返回美国。他一回去就发现有不少人在制造缝纫机。打了许多官司之后，他才得以维护住自己的专利权，并使以后制造缝纫机的人都尊重他的权利。生产缝纫机的最著名的厂商是胜家。很快地，几乎每一个中产阶级的家庭里都有了缝纫机。 这种新发明大大地减轻了女裁缝的工作，对19世纪60年代末和70年代初期的服装款式产生了明显的影响。衣服变得极其复杂和精制。从那以后，缝纫机的设计有一些改进，有的缝纫机上还装上了电动机，但是缝纫机的基本特点却没有什么变化。 纸样 用来比着裁衣裳的足尺型的纸样，直到十九世纪初期才出现。但是在足尺型的纸样出现之前，在一些书上已出现了小的图样，其中最早的书出版年代为1589年。这类书在十七世纪似乎已绝迹。但是我们在十八世纪出版的一些著作中发现了一些精心绘制的图样，其中有加索尔于1769年在巴黎出版的 《工艺美术说明》等。《工艺美术说明》是一部通用的百科全书。很快就出现了完全讲剪裁的书：1796年出版了《剪裁指南》，1822年出版了《剪裁顾问》。 有彩色时装样片的新的妇女杂志，在十九世纪初期发行量开始逐渐增加。这些杂志中也有刺绣品和花边帽子的式样。但是，直到十九世纪四十年代，跟杂志一起发行的足尺型的纸样才变得普遍起来。最早的一批 《妇女服装剪裁——通用纸样》杂志，在1844年出现于德雷斯顿。在尔后十年中发行的《时装世界》中有妇女的紧身围腰、披风和内衣等的足尺型纸样。这些都是画在一张纸上的，把纸折叠起来，夹在杂志里发行。 其他的杂志也起而效尤，正式把纸样夹在里面发行。应该指出的是，不是供家用而是供职业裁缝用的纸样，每套四样，卖十先令。若要邮到联合王国的任何地方，要外加三先令的包装费。这是早在1834年出现的事情。既为职业裁缝，又为业余爱好者做的布特里克的纸样，于1863年开始发行；威尔登的纸样于1879年开始发行。麦考尔的纸样于1870年开始在美国出现。 从1890年起，纸样迅速发展，因为那些在家里自己制作衣裳的人，几乎完全依赖纸样（这些纸样是同每一期妇女杂志一起发行的）。在英国，《女士》杂志从1885年创刊起直到1935年都捎带发行纸样。于1892年首先在美国出现的《时尚》杂志，也发行纸样，而且当大多数杂志都放弃了这种作法时，它还坚持发行，结果非常成功，不得不单独出版《时装纸样》，声誉斐然。英文的《时尚纸样》于1927年首次出现。纸样还在继续发行，然而由于大量生产成衣的效率越来越高，纸样的全盛时期恐怕已经过去了。 纺车 唤起人们对欧洲村舍生活方式和印度农村生产力相似想象的家用纺车起源于中国。欧洲已知的对纺车的最早介绍，是在公元1280年左右出版的德国斯佩耶尔一个行会章程中间接提到的。 纺车是从我国用来加工丝绸纤维的机械派生出来的。一根丝线有几百米长，其抗拉强度为每平方厘米4570千克，这比我们已知的任何一种植物纤维的强度都高，并接近某些工程材料的强度。在我国最迟不晚于公元前14世纪，蚕已被驯化，丝绸工业已经发展起来。虽然很显然，从那以后的好几个世纪里养蚕和丝绸工业有了发展，但从一开始丝绸业就会需要绕丝机来处理如此绵长的丝纤维。这种机器在公元121年刊印的《说文解字）里提到过，在公元230年刊印的《广雅》中又一次提及。而于公元1237年刊印的《耕织图》丛书，第一次将上述机器描绘出米了。 这种把丝线绕到筒管上的卷纬机也传到了欧洲，而且似乎比纺车进入欧洲还要早一点。在查特里斯大教堂的橱窗里被展示过。按年代推算公元1240年至公元1245年间的纺织机就是卷纬机，其中有一种图样描绘得更清楚的机器可以在大约公元1300年出现的伊普里斯的《贸易》中见到。 卷纬机在我国至少可以追溯到公元前1世纪。现在还不清楚纺车是什么时候从卷纬机派生出来的。如果保守一点，我们可以说，到公元11世纪时便发生了这种变化。这时棉花的栽培已经遍及全国。很明显，为了处理棉纱，纺车便从卷纬机中分化出来了。当然，通过传送带把纺锤 （锭子）与大轮子连接起来从而使纺锤 （锭子）高速运转，这是最聪明的办法了。 |
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