劉 賽，鄧成亮，于偉東

(1.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620； 2.浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院)，浙江 杭州 310018； 3.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620； 4.廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511447)

復(fù)合紡紗是指須條S、長絲F或細(xì)紗Y以二軸系及其以上(軸系數(shù)n≥2)喂入并在同一紡紗機(jī)上加捻成形的紡紗[1-2]；基于多軸系喂入原理來調(diào)整S、F或Y位置，進(jìn)而使成紗結(jié)構(gòu)調(diào)整的紡紗，即基于復(fù)合紡的結(jié)構(gòu)調(diào)整紡紗，如東華大學(xué)紡織材料與技術(shù)和纖維軟物質(zhì)團(tuán)隊(duì)(TMT-FSM)的漸變紡[3-4]，稱為“結(jié)構(gòu)復(fù)合紡”；而對(duì)各軸系喂入的S、F或Y進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的n軸系的紡紗，即基于結(jié)構(gòu)紡的采用n軸系的紡紗，如竹節(jié)紗[5]、段彩紗[6]和扭妥紡[7]等，稱為“復(fù)合結(jié)構(gòu)紡”。

上述3類紡紗技術(shù)所得的紗，分別稱為復(fù)合紗、結(jié)構(gòu)復(fù)合紗和復(fù)合結(jié)構(gòu)紗[8]，后二者的特征區(qū)別是成紗結(jié)構(gòu)。當(dāng)軸系數(shù)n=1時(shí)，即常說的結(jié)構(gòu)紡，如分束紡(Solospun)[9]和集聚紡(Compact spun)[10]等。本文主要介紹復(fù)合結(jié)構(gòu)紡中的間歇喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)，尤其是該方面的機(jī)構(gòu)研制和核心創(chuàng)新原理與方法，并為成紗的花式化、舒適化和功能化提供借鑒和實(shí)例。

1 短纖維須條間歇喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡

1.1 S式基本原理與方法

短纖維須條的間歇喂入式，即S式的復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)是最基本的方法，其主要特征是主須條或稱基須條BS(細(xì)度表示為TBS，mm)不發(fā)生粗細(xì)變化地連續(xù)向前移動(dòng)，而間歇、甚至間斷喂入的是輔須條，或稱飾須條DS(細(xì)度表示為TDS，mm)。

S式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)的基本原理是增加DS的喂入量和間斷DS的喂入量來達(dá)到竹節(jié)效應(yīng)，或稱粗節(jié)效應(yīng)。雖然竹節(jié)的長度可以控制，但在竹節(jié)的形態(tài)上無法與自然特征或隨機(jī)形態(tài)相比擬。

1.2 S式紡紗目標(biāo)與技術(shù)難點(diǎn)

須條喂入量的最高目標(biāo)有2個(gè)：一是快速、光滑連續(xù)地變化，且持續(xù)長度可控可調(diào)；二是飾須條與基須條間的優(yōu)良抱合。因此，最佳的復(fù)合方式是包芯紡，且BS在外，DS在內(nèi)，這與名詞定義完全相悖。只有在DS較長或捻度較大的情況下，才可采取互絞的形式。所以在不考慮成紗條干不勻，即特意強(qiáng)化竹節(jié)效應(yīng)的情況下，在正常紗段成紗粗細(xì)TY(mm)應(yīng)符合：

TY=TBS

(1)

而在竹節(jié)段的成紗粗細(xì)應(yīng)為：

TY=TBS+TDS

(2)

即成紗粗細(xì)TY的變化為：

TBS≤TY≤TBS+TDS

(3)

由此該竹節(jié)紗可以做粗細(xì)、顏色和組分的任意變化，因?yàn)殚L度足夠(即大于一個(gè)捻回長度)時(shí)，可以采取互絞方式加捻抱合而連續(xù)，技術(shù)難點(diǎn)變成2須條在設(shè)定竹節(jié)長度范圍內(nèi)的粗細(xì)變化的調(diào)控。若要強(qiáng)化竹節(jié)須條，即BS對(duì)DS的包覆，只須在喂入機(jī)構(gòu)后面增加一個(gè)有展平功能的展平器，便能實(shí)現(xiàn)良好的包裹[11-12]。TMT-FSM團(tuán)隊(duì)僅在單須條間歇式紡紗技術(shù)上做了嘗試，獲得了較理想的效果，并優(yōu)于現(xiàn)有紡紗方式，但尚未在改變喂入量上作嘗試。

1.3 S式實(shí)用可行的解決方式

適用于短纖維須條間歇喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗的裝置有很多種，圖1所示為扭力間歇釋放喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置[13]，主要特點(diǎn)是包含釋能和蓄能觸發(fā)機(jī)構(gòu)以及觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器。該裝置可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)周期或隨機(jī)地釋能喂紗和蓄能停喂的循環(huán)，斷續(xù)效果明顯，可控性強(qiáng)。另外，還包括夾持式喂紗[14]以及羅拉間歇添紗[15]的斷續(xù)復(fù)合紡紗裝置。

1—釋能觸發(fā)機(jī)構(gòu)；2—蓄能觸發(fā)機(jī)構(gòu)；3—喂紗機(jī)構(gòu)；4—斷條機(jī)構(gòu)；5—觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器；6—固定架； 7—斷續(xù)粗紗；8—主體粗紗；9—前羅拉；10—中羅拉；11—展平絲。圖1 扭力間歇釋放喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置

基于羅拉間歇觸發(fā)喂入式的復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置如圖2所示[16]，可用于斷續(xù)紡紗系統(tǒng)，完成竹節(jié)類花式紗紡紗的結(jié)構(gòu)與形態(tài)要求。

1—觸發(fā)桿；2—喂紗羅拉；3—齒條；4—過橋輪；5—擺臂輪；6—擺臂； 7—擺動(dòng)喇叭口；8—定位喇叭口；9—復(fù)位彈簧；10—磁鐵塊；11—電磁開關(guān)；12—斷續(xù)發(fā)生器；13—隔壓輥；14—斷續(xù)粗紗；15—主體粗紗；16—竹節(jié)；17—斷續(xù)復(fù)合紗；18—后羅拉；19—中羅拉；20—前羅拉。圖2 羅拉間歇觸發(fā)喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置

該裝置通過電磁觸發(fā)機(jī)構(gòu)和斷續(xù)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)間歇喂紗功能，其中斷續(xù)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)控制電磁開關(guān)接觸或松開，從而控制喂紗機(jī)構(gòu)的喂紗與停喂。隨機(jī)地或周期性地間歇喂入不同量的短纖維束于主體紗條上，形成在連續(xù)主體紗上添加竹節(jié)外觀。同時(shí)，該紡紗方法可分別利用喂入時(shí)間和間歇時(shí)間來有效調(diào)節(jié)竹節(jié)長度和竹節(jié)間距，在各類紡紗系統(tǒng)中可調(diào)性和實(shí)用性均較強(qiáng)。

羅拉間歇觸發(fā)喂入式與扭力間歇釋放喂入式除在觸發(fā)機(jī)構(gòu)的作用形式不同外，還存在成紗竹節(jié)形態(tài)的不同。前者竹節(jié)形態(tài)頭尾為對(duì)稱分布，較接近于梯形分布形態(tài)；后者竹節(jié)形態(tài)頭端略顯過沖形態(tài)，而后端顯延遲拖尾特征，更接近于竹節(jié)特征。由于磁鐵吸動(dòng)觸發(fā)的響應(yīng)速度極快，故適應(yīng)頻率范圍更高，而扭力釋放觸發(fā)相對(duì)響應(yīng)速度較慢，故竹節(jié)形態(tài)更為圓潤，仿真效果稍弱。

此外，還可移動(dòng)喂入機(jī)構(gòu)裝置，喂入機(jī)構(gòu)越前置，竹節(jié)效應(yīng)越強(qiáng)；反之波動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng)。

2 長絲或紗間歇喂入式結(jié)構(gòu)復(fù)合紡

傳統(tǒng)的包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗屬于欠喂型，而花式紗的外觀效果則通過長絲束的超喂來實(shí)現(xiàn)，因此包纏結(jié)構(gòu)花式紗的關(guān)鍵成形技術(shù)在于長絲束的超喂方法與裝置。根據(jù)國內(nèi)外包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗的相關(guān)研究，通常所采用的方法是將長絲紗通過導(dǎo)紗桿后引入中羅拉或前羅拉后，在進(jìn)入前羅拉前與短纖維須條并合，經(jīng)加捻后形成復(fù)合紗。

2.1 F式基本原理與方法

長絲(F)或細(xì)紗(Y)間歇喂入的基本方式是，突然加大F或Y喂入量來實(shí)現(xiàn)成紗變粗并形成竹節(jié)效應(yīng)；而F或Y與S同速輸出而回復(fù)到原態(tài)(無竹節(jié)效應(yīng))的復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)，其原理是突然加快F或Y的喂入速度，或預(yù)先儲(chǔ)蓄一段F或Y，而后突然釋放，來達(dá)到竹節(jié)效應(yīng)。而常態(tài)紗段F或Y與S同步輸出，實(shí)現(xiàn)F或Y間歇的自互絞穩(wěn)定。顯然，F(xiàn)或Y在竹節(jié)段，因浮游包纏，結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，易發(fā)生松散和勾絲。

2組分包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗包括位于紗線中間的芯紗組分(多為短纖維須條)以及在芯紗表面的包纏組分(多為長絲束)。長絲束以周期變化或隨機(jī)變化的包纏角和喂入量與短纖維須條匯聚加捻，即可形成花式效果的竹節(jié)紗。復(fù)合紗線2組分的形態(tài)和喂入路徑不同決定了二者紗線喂入量的不同，即作為包纏組分的長絲束相對(duì)短纖維須條存在超喂。包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗及其圓柱展開圖如圖3所示，根據(jù)復(fù)合紗線整體的圓柱展開圖的幾何關(guān)系，可計(jì)算得到超喂比φ。

圖3 包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗及其圓柱展開圖

假設(shè)芯紗直徑為D(mm)，長絲束直徑為d(mm)，在某一循環(huán)單元內(nèi)，長絲束相對(duì)芯紗的包纏角度為θ(°)，則長絲束相對(duì)短纖維須條的超喂比φ(%)為：

(4)

因此，該復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)需滿足長絲束的實(shí)時(shí)超喂控制，從而得到不同形態(tài)結(jié)構(gòu)和外觀風(fēng)格的花式復(fù)合紗線。

2.2 F式紡紗目標(biāo)與技術(shù)難點(diǎn)

紗線喂入量的最高目標(biāo)有2個(gè)：一是F自身須條有糾纏點(diǎn)，否則在捻度無法瞬間增大或減少的情況下，超喂時(shí)無法實(shí)現(xiàn)包纏；二是不僅要有飾絲dF或dY，而且須有固定絲fF或fY。第1目標(biāo)的解決方式變?yōu)檫x擇長絲，即須選擇變形紗；第2目標(biāo)的解決方式變?yōu)閺?fù)合紡紗方法的選擇，即須選擇非等匯聚點(diǎn)復(fù)合紡[17]，因?yàn)榈葏R聚點(diǎn)復(fù)合紡無法產(chǎn)生fF與dF間的交疊固定。

2.3 F式實(shí)用可行的解決方式

經(jīng)間歇式喂入成紗技術(shù)形成的包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗，具有獨(dú)特的花式效果和外觀風(fēng)格及手感，可廣泛用于服裝面料、家用紡織品和配飾紡織品等，在增加流行元素的同時(shí)提高舒適性。

由觸發(fā)桿、擺動(dòng)導(dǎo)紗鉤和開有2槽的前上羅拉構(gòu)成的單側(cè)2槽間歇式超喂復(fù)合紡紗裝置如圖4所示[18]，該裝置可實(shí)現(xiàn)紗線的等喂和超喂轉(zhuǎn)換的包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線。

1—橋接羅拉；2—調(diào)速羅拉；3—握持輥；4—張力盤；5—開有2槽的前上羅拉；6—電磁開關(guān)；7—觸發(fā)桿；8—擺動(dòng)導(dǎo)紗鉤；9—短纖維須條；10—長絲束或紗線；11—間歇式包纏復(fù)合紗；12—前羅拉鉗口；14—中羅 拉；15—后羅拉。圖4 單側(cè)2槽間歇喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置

利用圖4紡紗裝置可方便地改變繞行線路和長度，且張力與超喂量均能有效、靈活地控制。在第一(I)和第二(III)槽口區(qū)均為超喂區(qū)；位于二者之間的鉗口區(qū)(II)是等喂區(qū)。由此可有效方便地實(shí)現(xiàn)F或Y在各區(qū)的換位，從而實(shí)現(xiàn)隨機(jī)或周期性的間歇超喂和包纏角度變化所產(chǎn)生的特殊包纏風(fēng)格。通過觸發(fā)桿來控制和導(dǎo)紗鉤的擺動(dòng)換位，從而調(diào)節(jié)包纏量與包纏角度。同樣，也可通過單斜面槽[19]、對(duì)稱斜面槽[20]以及后置開槽[21]的設(shè)計(jì)達(dá)到相同的調(diào)節(jié)效果。

二軸系復(fù)合紡紗裝置如圖5所示[22]。長絲束F由氣缸控制的導(dǎo)紗鉤作用下移動(dòng)換位喂入前羅拉鉗口和隨機(jī)或周期性地左右移動(dòng)，并與短纖維須條S匯聚加捻，形成包纏量及包纏角變化的特殊包纏風(fēng)格的結(jié)構(gòu)復(fù)合紗。該裝置可大范圍地有效調(diào)節(jié)復(fù)合紗的結(jié)構(gòu)參數(shù)和形態(tài)特征，并通過F所在的等喂軸系與S所在軸系相對(duì)靠近或相對(duì)遠(yuǎn)離的位移運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

1—橋接羅拉；2—調(diào)速羅拉；3—握持輥對(duì)；4—上導(dǎo)紗鉤；5—前上羅拉；6—換位氣缸；7—活塞桿；8—下導(dǎo)紗鉤；9—短纖維須條；10—長絲束或紗線；11—包纏包芯復(fù)合紗； 12—前羅拉鉗口；14—中羅拉；15—后羅拉；16—集束器；17—移桿；18—滑桿；19—槽筒；20—支架。圖5 二軸系纖維互動(dòng)等喂復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置

當(dāng)S向F靠近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生小角度包纏或平行緊靠、重疊、包芯；當(dāng)S遠(yuǎn)離F時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大角度的包纏或與F左右錯(cuò)位。同時(shí)，F(xiàn)從前羅拉鉗口的無張力輸出，有利于F在S上的密集包纏和相互握持增大，從而形成相對(duì)穩(wěn)定的紗結(jié)節(jié)效果。類似的裝置還有一種前后互動(dòng)間歇式超喂復(fù)合紡紗裝置[23]，可實(shí)現(xiàn)長絲束對(duì)短纖維須條的斷續(xù)包纏。

除了在前羅拉鉗口處調(diào)節(jié)紗線的輸出與包纏量外，還設(shè)計(jì)了前置的方式來控制紗線的喂入路徑和喂入速度[24]。前置式超喂復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置如圖6所示，作為包纏組分的紗線經(jīng)錐形羅拉和導(dǎo)紗鉤定位于前羅拉前部，并實(shí)現(xiàn)與前羅拉鉗口輸出的芯紗組分的包纏復(fù)合。其中，包纏組分的超喂主要是通過紗線張力定位在不同半徑面的錐形羅拉上而獲得不同喂入速度來控制。在此裝置基礎(chǔ)上，還可添加左右變位功能[25]。該紡紗裝置同圖5裝置一樣，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可控性強(qiáng)，長絲束或細(xì)紗的移位輕便，能有效調(diào)節(jié)超喂量。

1—橋接羅拉；2—調(diào)速羅拉；3—錐形羅拉；4—張力盤；5—導(dǎo)桿移架；6—移動(dòng)導(dǎo)桿；7—導(dǎo)紗鉤；8—短纖維須條；9—長絲束或紗線；10—超喂復(fù)合紗；11—前羅拉鉗口；12—前羅拉；13—中羅拉；14—后羅拉。圖6 前置式超喂復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗裝置

通過上述3種以F喂入方式產(chǎn)生竹節(jié)效果的結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗方法的對(duì)比分析，可以看出，圖4機(jī)構(gòu)所提供的竹節(jié)效應(yīng)，在變化頻率和在喂入變化量上要高于圖5和圖6機(jī)構(gòu)，因?yàn)閳D4機(jī)構(gòu)存在著F在無張力或低張力下的快速釋放喂入。由于此3圖均為二軸系復(fù)合紡，缺乏對(duì)飾紗的固定方式，故只須引入三軸系復(fù)合紡[26-27]便可使dF的結(jié)構(gòu)和竹節(jié)效果變得穩(wěn)定。

而將前述S喂入方式(S式)與長絲喂入方式(F式)作對(duì)比：由于S式的竹節(jié)效果大多采用黏附的方式產(chǎn)生竹節(jié)，極易剝離，故除本文采用的包裹方式外，還可引入第3軸系長絲喂入綁定，使所形成的竹節(jié)段穩(wěn)定；而F式比S式竹節(jié)紗顯得更為平滑，且具有花式線的效果特征，故應(yīng)屬“花式紗”。

3 結(jié)束語

短纖維須條S和長絲F或紗Y的間歇喂入式復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)竹節(jié)效應(yīng)等獨(dú)特的花式效果。其中，S式(短纖維須條間歇喂入式)采用包裹方式使整體復(fù)合結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，所呈現(xiàn)的竹節(jié)等花式效果更為逼真；而F式的長絲間歇超喂的結(jié)構(gòu)復(fù)合紡，在有綁定絲的三軸系復(fù)合紡下，既可以增加成紗的花式效果，又可使成紗形態(tài)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此，S式竹節(jié)特征較為突出，F(xiàn)式花式線的特征更為突出。

本文提出的2類間歇喂入式(S式和F式)復(fù)合紡紗技術(shù)，為提升成紗的花式效果、改善其結(jié)構(gòu)與品質(zhì)和增加其多樣性，提供了可能性與紡紗方法，也為織物的多樣性和新品研發(fā)，提供了更多選擇。