魏曉婷，薛 元，郭明瑞，張繼東，高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122)

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三通道數(shù)碼細(xì)紗機(jī)紡制竹節(jié)紗的原理及其性能

魏曉婷，薛 元，郭明瑞，張繼東，高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122)

為探究竹節(jié)倍率、竹節(jié)長度及竹節(jié)間距對(duì)多彩竹節(jié)紗性能的影響規(guī)律，提出一種基于三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)利用單通道、雙通道和三通道3種喂入方式紡制竹節(jié)紗的紡紗方法，分別采用4種竹節(jié)倍率(1.5、2.0、2.5、3.0)、3種竹節(jié)長度(5.1、7.2、9.3 cm)、相同竹節(jié)間距，紡制基紗線密度為27.8 tex的純棉多彩竹節(jié)紗，并對(duì)紗線的外觀參數(shù)和強(qiáng)伸性進(jìn)行測試與分析。結(jié)果表明：竹節(jié)紗的竹節(jié)實(shí)際長度大于理論值，竹節(jié)實(shí)際間距和竹節(jié)實(shí)際倍率小于理論值；竹節(jié)倍率不變，隨著竹節(jié)長度的增加，竹節(jié)實(shí)際長度與理論長度的偏差量不變，且竹節(jié)紗的強(qiáng)力逐漸減??；竹節(jié)長度不變，隨著竹節(jié)倍率的增大，竹節(jié)長度接近理論值，且竹節(jié)紗的強(qiáng)力逐漸減小。

竹節(jié)紗；三通道數(shù)碼紡紗；竹節(jié)倍率；竹節(jié)長度；紗線強(qiáng)力

在紗線長度方向上呈隨機(jī)或規(guī)律性排列的若干粗節(jié)或細(xì)節(jié)的紗線，稱為粗細(xì)紗，也稱竹節(jié)紗[1]。傳統(tǒng)意義上的竹節(jié)紗是長度方向上隨機(jī)或規(guī)律性排列著粗節(jié)或細(xì)節(jié)的紗線。由于竹節(jié)的長度、粗細(xì)以及在紗線上的分布具有可設(shè)計(jì)性，可使織物產(chǎn)生多樣的布面紋理，竹節(jié)紗織物已成為一種時(shí)尚符號(hào)流行于市[2-3]。

目前生產(chǎn)竹節(jié)紗的方法主要是通過電磁離合器和伺服電動(dòng)機(jī)控制中后羅拉或前羅拉的速度變化，以實(shí)現(xiàn)紗線長度方向上線密度、顏色或組分比例的變化，控制中后羅拉或前羅拉的速度變化時(shí)間實(shí)現(xiàn)竹節(jié)紗不同竹節(jié)長度與竹節(jié)間距的變化[4]。

竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)包括基準(zhǔn)線密度、粗節(jié)線密度、細(xì)節(jié)線密度、粗節(jié)長度、細(xì)節(jié)長度、粗節(jié)混色比、細(xì)節(jié)混色比、竹節(jié)倍率(粗節(jié)線密度與細(xì)節(jié)線密度的比值)和竹節(jié)紗周期長度等，通過這些參數(shù)可有效地調(diào)控竹節(jié)紗的形貌特征及色彩分布[5]。

本文提出一種紡制竹節(jié)紗的新方法，利用三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制形式多變的竹節(jié)紗，分析不同喂入方式紡制多彩竹節(jié)紗的原理及紡制不同類型竹節(jié)紗的控制方法，并分析改變竹節(jié)段喂入時(shí)間、竹節(jié)之間的距離、竹節(jié)線密度和基紗線密度對(duì)多彩竹節(jié)紗性能的影響規(guī)律。

1 三通道數(shù)碼竹節(jié)紗成紗原理

由本課題組自主研發(fā)的三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)，通過伺服控制3個(gè)后羅拉，使喂入的3根粗紗以不同的速度進(jìn)入牽伸區(qū)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控紗線橫向粗細(xì)、縱向長度、多組分混紡比等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。利用該設(shè)備生產(chǎn)的竹節(jié)紗，不僅能控制竹節(jié)紗粗細(xì)和竹節(jié)長度的變化，而且可進(jìn)一步控制原料組分(或色纖維混色比)呈現(xiàn)出分段或漸變具有周期性變化的規(guī)律，生產(chǎn)原有竹節(jié)紡紗技術(shù)無法生產(chǎn)的竹節(jié)紗，實(shí)現(xiàn)了竹節(jié)紗的數(shù)碼生產(chǎn)[6-7]。

三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的牽伸機(jī)構(gòu)如圖1所示。3個(gè)平行的后羅拉分別由不同的伺服電動(dòng)機(jī)控制，因此可實(shí)現(xiàn)同軸不同步控制，3根不同的紗線分別經(jīng)3個(gè)后羅拉同步喂入、異步牽伸，然后經(jīng)中羅拉、前羅拉牽伸，并在前羅拉處形成加捻三角區(qū)，最終形成紗線[8]。

注：1—粗紗1；2—粗紗2；3—粗紗3；4—喇叭口；5—后羅拉1；6—后羅拉2；7—后羅拉3；8—集合器；9—中羅拉；10—皮圈；11—前羅拉；12—集聚紡裝置。圖1 數(shù)碼紡紗機(jī)三羅拉牽伸機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of digital spinning machine of three roller drafting system

設(shè)三通道各根粗紗的線密度分別為ρ1、ρ2、ρ3，后羅拉的表面線速度分別為Vh1、Vh2、Vh3，前羅拉的表面線速度為Vq，則成紗線密度ρy為

(1)

(2)

竹節(jié)紗的波動(dòng)線密度△ρy為

(3)

因此，最終紡制的竹節(jié)紗的線密度可表示為

(4)

1.1 單通道變速喂入粗紗紡制竹節(jié)紗

在三通道數(shù)碼紡紗機(jī)中，設(shè)Vh1=Vh3=0，△Vh1=△Vh3=0。在后羅拉2處喂入1根粗紗，改變后羅拉的喂入時(shí)間與速度，達(dá)到生產(chǎn)竹節(jié)紗的目的，則細(xì)紗線密度的表達(dá)式為

(5)

當(dāng)△Vh2=0，則紗線的線密度為基準(zhǔn)線密度；當(dāng)△Vh2>0，則紗線上出現(xiàn)粗節(jié)；當(dāng)△Vh2<0，則紗線上出現(xiàn)細(xì)節(jié)。示意圖如圖2所示。

圖2 單粗紗喂入紡制純色粗細(xì)竹節(jié)紗示意圖Fig.2 Schematic of pure color thick and thin yarn when single roving fed into spinning

1.2 雙通道變速喂入粗紗紡制竹節(jié)紗

在三通道數(shù)碼紡紗機(jī)中，如果使用紅、黃2種色彩的純棉粗紗，且設(shè)Vh3=△Vh3=0。后羅拉1、后羅拉2處分別喂入1根粗紗，改變后羅拉1、2的喂入時(shí)間與速度，達(dá)到生產(chǎn)竹節(jié)紗的目的，則細(xì)紗線密度的表達(dá)式為

(6)

此時(shí)，如果紅色粗紗作為基紗勻速喂入，黃色粗紗作為飾紗斷續(xù)喂入，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)竹節(jié)色彩由二色纖維的混合比例確定?？杉徶迫鐖D3所示的基紗為紅色、竹節(jié)為橙色(紅色纖維和黃色纖維復(fù)合)的彩節(jié)紗。

圖3 雙粗紗喂入紡制彩節(jié)竹節(jié)紗示意圖Fig.3 Schematic of dual roving feeding spinning section of slub yarn

如果2根粗紗以一定速比同步喂入，且按照相同規(guī)律變動(dòng)粗紗喂入速度，則可紡制如圖4所示混紡比不變而粗細(xì)有變化的竹節(jié)紗，同時(shí)可改變2根粗紗的牽伸倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩組分混色比的變化，且紗線色彩由二色纖維的混合比例確定。

圖4 雙粗紗喂入紡制雙色混色竹節(jié)紗示意圖Fig.4 Schematic of dual roving feeding spinning double color melange yarn

1.3 三通道變速喂入粗紗紡制竹節(jié)紗

在三通道數(shù)碼紡紗機(jī)中，使用紅、黃、藍(lán)3種色彩的純棉粗紗，在后羅拉1、2、3處分別喂入1根粗紗，同時(shí)改變后羅拉1、3的喂入時(shí)間與速度，達(dá)到生產(chǎn)竹節(jié)紗的目的，則紗線線密度表達(dá)式為

(7)

如果以紅色粗紗作為基紗勻速喂入，蘭、黃色粗紗作為飾紗斷續(xù)喂入，則可形成如圖5所示的基紗為紅色、竹節(jié)為彩色的竹節(jié)紗，且竹節(jié)的色彩由三色纖維的混合比例確定。

圖5 三粗紗喂入紡制彩節(jié)竹節(jié)紗示意圖Fig.5 Schematic of three roving feeding spinning section of slub yarn

如果紅、黃、藍(lán)3根純棉粗紗以固定速比喂入，且同步變動(dòng)粗紗喂入速度，則可紡制如圖6所示的混紡比不變而粗細(xì)變化的竹節(jié)紗，且紗線色彩由三色纖維的混合比例確定。

圖6 三粗紗喂入紡制三色混色竹節(jié)紗示意圖Fig.6 Schematic of three roving feeding spinning of three color melange slubby yarn

如果以紅色粗紗為基紗，黃色和藍(lán)色粗紗為飾紗，交替改變黃色粗紗和藍(lán)色粗紗的喂入時(shí)間與速度，可紡制不同顏色竹節(jié)，即可形成如圖7所示的基紗為紅色、一個(gè)竹節(jié)為橙色(紅色纖維和黃色纖維復(fù)合)、另一個(gè)竹節(jié)為紫色(紅色纖維和藍(lán)色纖維復(fù)合)的不同色彩竹節(jié)交替變換的竹節(jié)紗。

圖7 三粗紗喂入紡制三色混色竹節(jié)紗示意圖Fig.7 Schematic of three roving feeding spinning of three color melange slubby yarn

2 數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)竹節(jié)紗的紡制

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

由棉纖維(長度為27 mm，線密度為1.75 dtex)制備的白色純棉粗紗，定量為5.0 g/10 m；分別經(jīng)活性紅和活性藍(lán)染色制備紅色和藍(lán)色棉粗紗，定量為5.0 g/10 m。

紡紗設(shè)備為江南大學(xué)與經(jīng)緯股份榆次分公司聯(lián)合研制的FA1551型三通道環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)。

2.2 紡紗工藝參數(shù)設(shè)定

為分析三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)在紡紗過程中對(duì)竹節(jié)紗外觀效果和機(jī)械性能的影響，以雙通道變速喂入紡制竹節(jié)紗為例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)定實(shí)驗(yàn)以竹節(jié)倍率和竹節(jié)長度為變量，紡制竹節(jié)倍率分別為1.5、2.0、2.5、3.0，竹節(jié)長度分別為5.1、7.2、9.3 cm的竹節(jié)紗。設(shè)定彩節(jié)竹節(jié)紗基準(zhǔn)線密度為27.76 tex，捻度為648捻/m，錠子轉(zhuǎn)速為7 000 r/min，前羅拉轉(zhuǎn)速為6.172 m/min，依照表1所示參數(shù)紡制12種竹節(jié)紗。

表1 雙通道變速喂入紡制竹節(jié)紗參數(shù)設(shè)定Tab.1 Parameters settings of slubby yarn by dual channel variable speed feeding

3 竹節(jié)紗質(zhì)量的測試與分析

3.1 竹節(jié)紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)測試分析

實(shí)驗(yàn)過程中將紡制的不同竹節(jié)倍率和不同竹節(jié)長度的12種竹節(jié)紗樣品繞在黑板上觀察，其竹節(jié)均勻分布在紗線上；用顯微鏡和直尺對(duì)外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 雙通道變速喂入紡制竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)對(duì)比Tab.2 Comparison of slubby yarn structure spun by dual channel variable speed feeding

注:偏差值=實(shí)際值-理論值。

由表2可發(fā)現(xiàn)：1)實(shí)際竹節(jié)長度大于其理論長度，實(shí)際竹節(jié)間距小于理論間距。這是因?yàn)楫?dāng)后羅拉1停止喂入竹節(jié)部分粗紗時(shí)，被夾持在中羅拉鉗口處的部分纖維隨著中羅拉的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入前區(qū)牽伸，從而在竹節(jié)紗上形成竹節(jié)與基紗的過渡區(qū)域，導(dǎo)致實(shí)際竹節(jié)長度大于理論長度，實(shí)際竹節(jié)間距小于理論間距；2)在相同竹節(jié)長度時(shí)，隨著竹節(jié)倍率的增加竹節(jié)長度的偏差值逐漸減小，即實(shí)際竹節(jié)長度越來越接近理論值。這是因?yàn)榇旨喌臓可毂稊?shù)隨著竹節(jié)倍率的增加而減少，致使被夾持在中羅拉鉗口處的部分纖維在經(jīng)過前區(qū)牽伸后牽伸的位移量減少，致使長度的偏差值逐漸減??；3)在相同的竹節(jié)倍率條件下，隨著竹節(jié)長度的增加竹節(jié)長度的偏差值基本恒定。這是因?yàn)樵谙嗤闹窆?jié)倍率條件下，被夾持在中羅拉鉗口處的纖維量和粗紗牽伸倍數(shù)是一定的，致使這部分纖維的位移量不變[10]，所以當(dāng)竹節(jié)倍率恒定時(shí)，竹節(jié)長度的偏差值基本恒定；4)竹節(jié)實(shí)際倍率小于竹節(jié)理論倍率。這是由于后羅拉1的喂入速度決定竹節(jié)倍率的大小，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，后羅拉1由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要加速過程，而在理論設(shè)計(jì)竹節(jié)喂入時(shí)間時(shí)并沒有考慮后羅拉1加速過程所用時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)際喂入量減少，所以竹節(jié)實(shí)際倍率略小于竹節(jié)理論倍率。

3.2 竹節(jié)紗的強(qiáng)伸性能分析

竹節(jié)紗在織造過程中存在的主要問題是易出現(xiàn)斷頭，因此竹節(jié)紗的強(qiáng)伸性能是評(píng)判竹節(jié)紗質(zhì)量的重要指標(biāo)。采用YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測試紗線強(qiáng)力，設(shè)定預(yù)加張力為0.5 cN，拉伸速度為500 mm/min，試樣夾持長度為500 mm、測試在(21±2)℃、(65±2)%條件下進(jìn)行。

圖8示出竹節(jié)紗線強(qiáng)力與竹節(jié)倍率的關(guān)系。從圖可知，在相同的竹節(jié)長度條件下，竹節(jié)紗的紗線強(qiáng)力隨著竹節(jié)倍率的增加呈逐漸減小的趨勢。這是因?yàn)橹窆?jié)線密度大于基紗線密度，捻度在竹節(jié)紗上呈不均勻分布，且竹節(jié)部分的捻度向基紗部分轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象會(huì)隨著竹節(jié)倍率的增加越來越明顯，從而在竹節(jié)部分形成弱節(jié)，致使紗線的強(qiáng)力隨著竹節(jié)倍率的增加呈逐漸減小的趨勢；在相同竹節(jié)倍率的條件下，竹節(jié)紗的紗線強(qiáng)度隨著竹節(jié)長度的增加呈逐漸減小的趨勢。這是因?yàn)殡S著竹節(jié)長度的增加，捻度不勻現(xiàn)象更加明顯，導(dǎo)致在紗線上出現(xiàn)弱節(jié)的概率增加，從而導(dǎo)致竹節(jié)紗的強(qiáng)力逐漸減小。經(jīng)測試本文實(shí)驗(yàn)所紡制的竹節(jié)紗單紗強(qiáng)力質(zhì)量均能滿足織造要求。

圖8 竹節(jié)紗紗線強(qiáng)力與竹節(jié)倍率的關(guān)系Fig.8 Relationship between slub yarn strength and ratio

4 結(jié) 論

利用三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的異步牽伸、交互變換、梯度配比、加捻混合等紡紗機(jī)制，分別以單通道、雙通道、三通道的變速牽伸方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)紗線粗細(xì)、竹節(jié)長度、混紡比等參數(shù)的調(diào)控，并分別論述紡制混色竹節(jié)紗、段彩竹節(jié)紗、漸變色竹節(jié)紗等系列化的多彩竹節(jié)紗的紡紗原理。

實(shí)紡紗樣測試結(jié)果表明：竹節(jié)紗的實(shí)際竹節(jié)長度大于理論長度，實(shí)際竹節(jié)間距小于理論間距；實(shí)際竹節(jié)間距加上實(shí)際竹節(jié)長度與理論竹節(jié)間距加上理論竹節(jié)長度接近；實(shí)際竹節(jié)倍率小于理論竹節(jié)倍率；在相同竹節(jié)長度時(shí)，隨著竹節(jié)倍率的增加，實(shí)際竹節(jié)長度越來越接近理論值；在竹節(jié)倍率相同時(shí)，隨著竹節(jié)長度的增加，實(shí)際竹節(jié)長度與理論長度的偏差值不變，且偏差值均在合理范圍之內(nèi)。竹節(jié)紗強(qiáng)力測試結(jié)果表明：在相同竹節(jié)長度時(shí)，隨著竹節(jié)倍率的增加，竹節(jié)紗的強(qiáng)力逐漸減?。辉谙嗤窆?jié)倍率時(shí)，隨著竹節(jié)長度的增加，竹節(jié)紗的強(qiáng)力逐漸減少。

FZXB

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Principle and properties of slub yarns spun by three-channel digital ring spinning

WEI Xiaoting，XUE Yuan，GUO Mingrui，ZHANG Jidong，GAO Weidong

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

In order to explore the influence of slub yarn linear density, slub length and slub distance on the properties of colorful slub yarn, 27.8 tex colorful cotton slub yarns were spun on three-channel digital spinning frame using single-channel, two-channel or three-channel feeding modes and adopting four kinds of ratio between slub and basic yarn (1.5, 2.0, 2.5 and 3.0), three kinds of slub length (5.1 cm, 7.2 cm and 9.3 cm), and the same slub distance. The strength and appearance of these yarns were investigated. The results showed that the actual length of slub yarn is greater than that of designed, and the slub distance and linear density of slub is smaller than that of the designed value. When the linear density of slub is constant, with the increase of slub length, the deviation of length between the tested value and the designed value kept the same, but the strength of slub yarn decreases. When the slub length is constant, with the increase of the linear density of slub, the average slub length is more close to the designed value, but the strength of slub yarn decreases.

slub yarn；three-channel digital spinning；ratio between slub and basic yarn；slub length；yarn strength

10.13475/j.fzxb.20160708305

2016-07-28

2017-01-09

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(JUSRP51631A)；浙江省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2014C11SA480012)；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(J201506)

魏曉婷(1990—)，女，碩士生。主要研究方向?yàn)榧?xì)紗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。薛元，通信作者，E-mail：fzxueyuan@qq.com。

TS 104.1

A