楊瑞華， 薛 元， 郭明瑞， 王鴻博， 周 建， 高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡成紗原理及其紗線特點

楊瑞華， 薛 元， 郭明瑞， 王鴻博， 周 建， 高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

為開發(fā)新穎的紗線品種，提高紗線生產(chǎn)效率，提出數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡成紗方法并介紹其原理，對成紗色彩特點進(jìn)行研究。數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡采用3組分異步喂入的方式，纖維通過分梳輥的梳理和混合，在轉(zhuǎn)杯內(nèi)離心力作用下再次混合并凝聚成須條，經(jīng)加捻后成紗，再由引紗羅拉導(dǎo)出形成特種紗線。該工藝過程可隨機調(diào)控轉(zhuǎn)杯紡成紗的線密度及混紡比，生產(chǎn)多種混合均勻的混色紗和混紡紗品種。分別紡制了混色紗、變色紗、段彩紗、竹節(jié)紗、彩節(jié)紗和雙變紗等典型數(shù)碼紗，并對其色彩特點進(jìn)行分析，總體來說數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗不同顏色的單纖維混合均勻，紗線顏色柔和。

數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡； 紗線結(jié)構(gòu)參數(shù)； 色紡紗； 混紡紗

轉(zhuǎn)杯紡是新型成紗方法中使用最為廣泛的一種成紗技術(shù)，其利用高速旋轉(zhuǎn)氣流進(jìn)行成紗，原料適用性廣。與傳統(tǒng)環(huán)錠紡相比，具有流程短、高速、高產(chǎn)、高效率和清潔性好等特點[1-3]。文獻(xiàn)[4]報道了一種全新環(huán)錠紡生產(chǎn)方法即數(shù)碼成紗系統(tǒng)，通過編程控制的多個伺服電動機驅(qū)動多個喂入羅拉，粗紗異步喂入，成紗的組成成分及成紗線密度在線可控，從而實現(xiàn)紗線柔性化生產(chǎn)，可一步生產(chǎn)混色紗、變色紗、段彩紗、竹節(jié)紗、彩節(jié)紗和雙變紗等，具有特殊的成紗特點。這種混色紗生產(chǎn)模式省去了傳統(tǒng)混色紗生產(chǎn)中的棉包混色、條混等前道工序[5-7]，避免了對纖維產(chǎn)生進(jìn)一步的機械損傷，解決了色紡前紡車間管理困難的問題，節(jié)約勞動成本，而且這種混色紗生產(chǎn)方式易于實現(xiàn)配比調(diào)整，可滿足色紡紗小批量、多品種的市場需求。若能將數(shù)碼技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)杯紡方法中，綜合轉(zhuǎn)杯紡和數(shù)碼成紗優(yōu)點，則可大幅提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

本文提出數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡生產(chǎn)方法及原理，并將其成紗的色彩特點與數(shù)碼環(huán)錠紡進(jìn)行對比分析，探討數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡成紗機制和特征。

1 數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡紗系統(tǒng)

數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)是將3根纖維須條經(jīng)過3個獨立羅拉異/同步喂入后由分梳輥梳理，經(jīng)輸棉通道進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)強負(fù)壓轉(zhuǎn)杯內(nèi)并合、加捻，通過卷繞羅拉卷繞成筒子紗，其成紗系統(tǒng)見圖1。

注：1、5、6—組合式給棉羅拉對應(yīng)傳動齒輪；2/7、3/8、4/9—組合式 給棉羅拉/皮輥；10—集棉器；11/12—集合給棉羅拉/皮輥； 13—分梳輥；14—輸棉通道；15—轉(zhuǎn)杯；16—引紗管； 17—引紗羅拉；18—數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗；19—筒子紗。圖1 數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡成紗系統(tǒng)Fig.1 Spinning process of digital rotor spun yarn

圖1中3個傳動齒輪1、5、6使3個喂入羅拉2、3、4分別與3個伺服電動機通過皮帶相連接。各伺服電動機由PLC可編程控制器控制，使各羅拉在同一時間具有相同或不同的速度，或者使同一羅拉在不同時間具有相同或不同的速度，從而紡制出各種混紡比和線密度變化的數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗。喂入羅拉2、3、4與皮輥7、8、9組成3個獨立通道。集棉器10保證3根纖維條分別穿過各自通道后經(jīng)集合給棉羅拉11和集合給棉皮輥12順利喂入分梳輥13。纖維經(jīng)過分梳輥13的梳理作用與轉(zhuǎn)杯15的集聚加捻后經(jīng)引紗羅拉17卷繞成筒子紗19[8-9]。 由于喂入系統(tǒng)進(jìn)行了全新的設(shè)計，采用粗紗喂入。

2 數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡成紗特點

從紡紗過程可知，數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡改變了喂入部分及其控制系統(tǒng)，從分梳輥到卷繞成筒子的紡紗機構(gòu)沒有發(fā)生變動，其成紗過程的混合、牽伸和加捻作用仍然是由高速旋轉(zhuǎn)的分梳輥和轉(zhuǎn)杯完成，其成紗結(jié)構(gòu)及性能與常規(guī)轉(zhuǎn)杯紡類似，但可通過獨立調(diào)節(jié)各喂入羅拉速度而一步實現(xiàn)線密度、色相、組成比例可調(diào)的紗線柔性化生產(chǎn)技術(shù)，通過調(diào)整紡紗工藝即可獲得系列新的紗線品種。

從理論上講，通過喂入不同比例的三原色纖維條，可生產(chǎn)任意色彩的紗線。以10%為最小變量改變?nèi)旒彵?，紡?4種色彩數(shù)碼轉(zhuǎn)杯混色紗，其部分典型的針織面料效果如圖2(a)所示，并紡制相同比例數(shù)碼環(huán)錠混色紗針織面料(見圖2(b))作為參考。從圖中可看出，數(shù)碼環(huán)錠紡和轉(zhuǎn)杯紡都可生產(chǎn)出混紡比以10%為變化梯度的三原色紗線，但從面料色彩來看，數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡面料具有獨特的輕快柔和的色彩特征，而數(shù)碼環(huán)錠紡呈現(xiàn)厚重的夢幻色彩。

注：圖中比例表示黃、藍(lán)、紅纖維的混色比。圖2 數(shù)碼紗色彩特點Fig.2 Color characteristics of digital spun yarn. (a) Color blended digital rotor spun yarn; (b) Color blended digital ring spun yarn

成紗過程決定了2種面料各具特色。數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗經(jīng)過分梳輥、輸棉通道和轉(zhuǎn)杯3個主要部件及加捻工藝完成纖維的并合及混合作用[10]，因而具有更好的單纖維混合均勻性。如圖3(a)所示，黃、藍(lán)、紅纖維比例為35∶30∶35的數(shù)碼轉(zhuǎn)杯混色紗針織面料，視覺上輕快柔和，色彩細(xì)膩。數(shù)碼環(huán)錠紡紗是在羅拉牽伸及加捻階段完成纖維的混合，其本質(zhì)為三原色纖維束的混合，如圖3(b)所示，黃、藍(lán)、紅纖維比例為35∶30∶35的數(shù)碼環(huán)錠混色紗針織面料，呈現(xiàn)厚重的夢幻色彩，顏色風(fēng)格較粗獷。成紗機制不同，因此2種系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)碼紗各有千秋。

注：黃、藍(lán)、紅纖維的混色比為35∶30∶35。圖3 數(shù)碼紗的纖維混合特征Fig.3 Fiber blending characteristics of digital spun yarn. (a) Color blended digital rotor spun yarn; (b) Color blended digital ring spun yarn

若將3色纖維條換成3種不同纖維成分的纖維條，可生產(chǎn)組分變化的細(xì)紗，這對一體式無縫無痕針織面料來說尤其重要。通過對單件織物面料的CAD設(shè)計，計算特殊位置如衣領(lǐng)、袖口和卷邊等部位紗線的長度和其在整件面料所用紗線總長中的位置，則可在線改變對應(yīng)紗線片段的纖維成分，提高其服用性能。

通過對混紡比和線密度的合理控制調(diào)節(jié)，數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡可生產(chǎn)變色紗、竹節(jié)紗、彩節(jié)紗和雙變紗等典型的紗線品種，見圖4。從圖中可看到數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗中不同顏色的單纖維混合均勻，顏色柔和。

圖4 數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紗典型紗線品種色卡Fig.4 Color cards of typical digital rotor spun yarn. (a) Gradient melange yarn; (b) Slub yarn; (c) Color pointed melange yarn; (d) Linear density and draft ratio both changed melange yarn

從圖4(a)所示的變色紗可清晰看到紗線色相由紅到黃、黃到藍(lán)、藍(lán)到紅的漸變過程。相對于染色變色紗，數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡變色紗的生產(chǎn)方式簡便、環(huán)保，紗線色彩分布范圍可準(zhǔn)確控制，生產(chǎn)效率高；同時可利用較短的過渡紗連接，視覺上接近于段染效果。

圖4(b)所示的竹節(jié)紗是由紅、黃、藍(lán)3色纖維條紡制的混色數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡竹節(jié)紗，紗線條干上竹節(jié)清晰。生產(chǎn)中竹節(jié)的長度和疏密程度等都可按照設(shè)計要求進(jìn)行紡制。

圖4(c)所示數(shù)碼轉(zhuǎn)杯彩節(jié)紗的主體偏黃，竹節(jié)偏紅。在這種紡紗機構(gòu)上，還可通過工藝設(shè)計在線改變竹節(jié)和基體的色彩，紡制多種色彩的竹節(jié)，使彩節(jié)紗品種更豐富；同時結(jié)合竹節(jié)的形態(tài)、疏密等變化，演繹出一種夢幻般的面料色彩。

圖4(d)所示數(shù)碼轉(zhuǎn)杯雙變紗的線密度由粗變細(xì)，再變粗的同時，紗線顏色也從黃色逐漸到藍(lán)色，再逐漸變到黃色，故又稱為兩色雙變紗，是線密度與顏色二者都在逐漸改變的一種花式紗線，與彩節(jié)紗都是在紗線線密度發(fā)生變化時顏色也發(fā)生了改變，不同的是雙變紗的這種變化是逐漸發(fā)生的，給人以柔和感；而彩節(jié)紗的這種變化是突兀的，給人以視覺沖擊，立體感更加強烈。數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡還可生產(chǎn)多色雙變紗，且各紗段的長度可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計，從而生產(chǎn)粗細(xì)形態(tài)和色彩多樣的花式紗線。

但數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡系統(tǒng)在增加3個獨立控制羅拉之后，相當(dāng)于產(chǎn)生了前牽伸區(qū)及相應(yīng)的牽伸倍數(shù)；且采用了3個喂入點匯聚到1個輸出點，牽伸隔距不同，3個牽伸區(qū)的變速點就不在同一位置，導(dǎo)致纖維在集合給棉羅拉處搭接不良，則紗線條干質(zhì)量會下降，為此，后期會針對這個問題進(jìn)行深入研究。

3 結(jié) 語

數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡系統(tǒng)集數(shù)碼紡與轉(zhuǎn)杯紡優(yōu)勢于一體，既有轉(zhuǎn)杯紡高速、高效、短流程、原材料適用性強和服用性好等特點，同時可實現(xiàn)梯度配比和線密度在線可控等多種功能，在一種機型上既可實現(xiàn)常規(guī)轉(zhuǎn)杯紡功能，也可生產(chǎn)多種多樣的花式紗線與色紡紗，其與數(shù)碼環(huán)錠紡成紗風(fēng)格各具特色。在工業(yè)智能化的時代倡導(dǎo)下，這種數(shù)控的紗線柔性化生產(chǎn)方式將引領(lǐng)科技前沿，為紡織新產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)支撐。本文重點介紹了數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡的成紗原理、控制系統(tǒng)及紗線表觀形態(tài)和色彩特點，將在后續(xù)研究中進(jìn)一步優(yōu)化成紗機構(gòu)，提高數(shù)碼轉(zhuǎn)杯紡系列紗線的性能，分析成紗結(jié)構(gòu)和顏色混配規(guī)律。

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Mechanismandcharacteristicsofdigitalrotorspunyarn

YANG Ruihua， XUE Yuan， GUO Mingrui， WANG Hongbo， ZHOU Jian， GAO Weidong

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to develop new varieties of yarns and improve the efficiency of yarn production, the method and principle of digital rotor spinning process were explored and the color characteristics of its products were studied. During digital rotor spinning process, three rovings were delivered into three-component asynchronous feeding rollers. Then they were combed and mixed by carding roller, mixed again in the rotor under the action of centrifugal force and condensing into sliver, and then twisted and wound to form special yarn. By this novel process, the linear density and blending ratio could be controlled online with digital controlling system. Melange yarn, gradient melange yarn, period melange yarn, slub yarn, color pointed melange yarn and yarn with changing linear density and draft ratio were produced and analyzed, respectively. It can be concluded that single fiber with different colors are well blended during spinning process, and digital yarns show soft colors.

digital rotor spun; yarn structure parameter; colorspun yarn; blended yarn

10.13475/j.fzxb.20161200604

TS 104.1

A

2016-12-04

2017-08-14

國家自然科學(xué)基金項目(51403085)；中央高?；鹂蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(JUSRP51631A)；江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK20130148)；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項目(J201506)

楊瑞華(1981—)，女，副教授， 博士。 主要從事紡織技術(shù)研究。 高衛(wèi)東， 通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。