M. Wischnowski, D. Pennartz, V. Niebel, T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(ITA)(德國(guó))

?

降低筒子紗染色工藝成本的新型染色筒子

M. Wischnowski, D. Pennartz, V. Niebel, T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(ITA)(德國(guó))

在產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展促進(jìn)計(jì)劃(IGF)AiF-Nr. 17514 N “InnoSpul” 項(xiàng)目中，對(duì)于筒子結(jié)構(gòu)的確定和交叉卷繞紗管的染色性能進(jìn)行了深入研究。基于繞線過(guò)程和所顯示的密度分布的分析可知，傳統(tǒng)的繞線方法無(wú)法得到均勻的徑向密度。因此，開(kāi)發(fā)了一種新型繞線工藝——InnoSpul Winding。染色測(cè)試表明：采用新型InnoSul Winding工藝可獲得比傳統(tǒng)繞線方法高出40%的染色均勻性。

染色筒子；InnoSpul Winding繞線法；無(wú)規(guī)繞線；逐段精確繞線

2012年，德國(guó)大約有36.1萬(wàn)t的纖維被加工成服裝和家用紡織品。據(jù)推斷，這些纖維中大約有30%采用線圈染色，因此德國(guó)每年約有11.0萬(wàn)t的紗線采用線圈染色。筒子染色的良好效果主要通過(guò)均勻的染料滲透來(lái)實(shí)現(xiàn)，而染料均勻滲透的決定性因素是繞線裝置中筒子密度的均勻分布。

根據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)，壞的染色線圈的丟棄率約占2%，在德國(guó)這些紗線每年可達(dá)2 200 t。染色工作人員由于被投訴丟棄紗線致使收入下降，這些紗線的價(jià)格約為4歐元/kg。染色錯(cuò)誤導(dǎo)致的費(fèi)用每年預(yù)計(jì)達(dá)880萬(wàn)歐元。紗線染色的費(fèi)用取決于紗線的性質(zhì)，一般在2～10歐元/kg之間。染色加工的常規(guī)要求是較高的色彩準(zhǔn)確度、質(zhì)量和加工速度，以及染色紗線顏色的均一性。筒子染色最大的挑戰(zhàn)是如何確保染料在通過(guò)整個(gè)線圈過(guò)程中流速的均勻一致。筒子紗染色的高成本和風(fēng)險(xiǎn)迫使許多德國(guó)公司將染色加工外包給低收入國(guó)家。因此，InnoSpul研究項(xiàng)目旨在降低高達(dá)30%因染色錯(cuò)誤而導(dǎo)致的廢品率。

1 方法和結(jié)果

在紡織品紗線整理過(guò)程中，線圈染色是成品加工中最重要的工序之一。染色要求染液均勻地流經(jīng)整個(gè)線圈，這一方面可通過(guò)優(yōu)化染色工藝本身，另一方面也可通過(guò)調(diào)整之前的繞線加工，以實(shí)現(xiàn)染色的高度均勻。

除線圈的幾何形狀和線圈大小外，整個(gè)線圈列中，每個(gè)線圈繞線徑向密度和軸向密度也在很大程度上決定了染色的效果。繞線密度的不均勻性對(duì)筒子紗的滲透性具有顯著影響，它對(duì)染料的流動(dòng)行為有直接影響，因此也對(duì)最后染色加工的色彩品質(zhì)有直接影響。

在德國(guó)產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展促進(jìn)計(jì)劃(IGF)AiF-Nr. 17514 N “InnoSpul” 項(xiàng)目中，紡織技術(shù)研究所(ITA)對(duì)筒子結(jié)構(gòu)的確定和通用的交叉卷繞紗管的染色性能進(jìn)行了研究。此次研究的重點(diǎn)是筒子紗的密度分布與最終染色性能之間的關(guān)系(圖1)。

圖1 部件運(yùn)動(dòng)示意圖

ITA通過(guò)薄膜壓力傳感器和針式扭矩傳感器進(jìn)行壓力測(cè)試，以獲得線圈中密度分布的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。很多單個(gè)線圈的繞線密度的測(cè)試方法，如流量計(jì)量、硬度測(cè)試及根據(jù)質(zhì)量-體積方法的測(cè)試都無(wú)法獲得線圈密度分布的精確數(shù)據(jù)。本文采用美國(guó)Tekscan公司的薄膜壓力測(cè)試系統(tǒng)I-Scan首次確定了密度分布。

除了薄膜壓力測(cè)試，還應(yīng)用了捷克共和國(guó)Sensora儀器公司的扭矩針Unitorq系統(tǒng)，它可檢測(cè)由于筒子紗內(nèi)針的轉(zhuǎn)動(dòng)而得到的扭矩。扭矩(以公支支數(shù)計(jì))和密度定性相關(guān)。

圖2顯示了采用Unitorq測(cè)試系統(tǒng)所測(cè)得的無(wú)規(guī)繞線(WW)線圈和逐段精確繞線(SPW)線圈徑向和軸向上的密度分布。由徑向密度分布明顯可見(jiàn)，密度隨半徑的增大幾乎呈線性下降。

可見(jiàn)，采用薄膜壓力傳感器對(duì)筒子紗內(nèi)壓力進(jìn)行測(cè)試，可有效模擬筒子紗內(nèi)的壓力分布，該扭矩針在另一方面也適用于對(duì)密度分布的詳細(xì)、定性的描述?；诶@線方法和密度分布的分析，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種模擬筒子紗內(nèi)壓力分布的方法。模擬工作分為兩部分。首先，模擬基于交叉卷繞筒子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。隨后應(yīng)用Neckar在筒子紗上累積纖維的材料模型，計(jì)算內(nèi)部壓力。該模擬允許根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算筒子紗的密度分布和壓力分布，如繞線角度、筒子和摩擦滾筒的接觸壓力等。用此模擬，可進(jìn)一步理解工藝參數(shù)與制成的筒子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

分析和模擬無(wú)規(guī)繞線和逐段精確繞線的染色筒子的密度分布可知，可通過(guò)導(dǎo)紗的行程變化獲得軸向密度的均勻一致。徑向密度均一性是無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的繞線方法實(shí)現(xiàn)的?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和模擬工具，為了獲得均勻的密度分布，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種新型繞線方法——InnoSpul Winding。InnoSpul Winding繞線方法是有針對(duì)性地對(duì)不同密度的筒子進(jìn)行分層而達(dá)到徑向密度的均勻一致的。筒子密度分布顯示(圖3)，采用InnoSpul Winding繞線法(IW)的筒子的徑向密度分布接近均相。

(a) 徑向

(b) 軸向

(a) 徑向 (b) 軸向

圖4 紗線(29.4 tex)3種繞線方式的平均色彩偏離度

根據(jù)CIELab系統(tǒng)的色彩評(píng)估，染色測(cè)試顯示，采用新型InnoSpul Winding繞線法相較于傳統(tǒng)的繞線方法所得到的染色均勻度高出40%(圖4)，該結(jié)果參考了色彩偏離度(DE)。在該染色測(cè)試中，一種編織管由3部分染色線圈組成——外部、中部和內(nèi)部。中部的值經(jīng)常被定義為參考值，且決定了外部和內(nèi)部的顏色相對(duì)于中部的色差。

2 結(jié)論

由分析和模擬無(wú)規(guī)繞線和逐段精確繞線染色筒子的密度分布可知，通過(guò)導(dǎo)紗引起的行程變化可得到軸向密度的均勻一致，并可采用目前最先進(jìn)的繞線機(jī)根據(jù)線圈直徑調(diào)整行程變化。傳統(tǒng)的繞線方法無(wú)法得到徑向密度的均勻一致。因此，開(kāi)發(fā)了新型繞線方法——InnoSpul Winding。染色測(cè)試表明：新型繞線方法具有獲得更好染色結(jié)果的潛力。采用InnoSpoul Winding繞線法可將染色均勻性提升40%。

劉蒙穌胡 筱 譯 羅 艷 校

Innovative dye packages to reduce costs in the bobbin dyeing process

MarkoWischnowski,DanielaPennartz,VolkerNiebel,ThomasGries

IntituteofTextileTechnology(ITA)atRWTHAachenUniversity,Aachen/Germany

Within the IGF project AiF-Nr. 17514 N“InnoSpul”extensive research was carried out to determine the package structure and dyeing properties of cross-wound bobbins. Based on the analysis of the winding process and the density distribution it could be shown, that radial density uniformity cannot be achieved with conventional winding methods. Therefore, an innovative winding process(InnoSpul Winding) was developed. Dyeing tests show that better dyeing equality of up to 40% compared to conventional windings can be accomplished using this novel InnoSpul Winding.

dye package; InnoSpul Winding; random winding; step precision winding