采用三通道數(shù)碼紡的色彩漸變紗性能

顧 燕， 薛 元， 高衛(wèi)東， 楊瑞華， 郭明瑞(江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 無(wú)錫 214122)

色彩沿著紗線(xiàn)長(zhǎng)度方向產(chǎn)生連續(xù)漸變效果的紗線(xiàn)，稱(chēng)為漸變色紗[1]。色彩漸變分為色相漸變、明度漸變、純度漸變。色相漸變可由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫6色色譜依次排列形成色相漸變；明度漸變可由一純色的明度為基準(zhǔn)調(diào)制適當(dāng)?shù)拿鞫认蛄辽l(fā)展為白色，向暗色發(fā)展為黑色形成明度漸變；純度漸變即以一種純色向無(wú)色彩的黑白灰漸變的過(guò)程[2-3]。

通過(guò)紗線(xiàn)段染技術(shù)和四色針梳機(jī)可生產(chǎn)色彩漸變紗。段染技術(shù)是采用分段染色工藝在紗線(xiàn)上形成多種色彩的分段分布，但由于段染工藝的不連續(xù)造成的低效率，段染過(guò)程染料的滲染程度、染色寬度、長(zhǎng)度及染色色彩等難以精確控制而造成段染缺乏圖案的靈動(dòng)性與色彩的和諧性[4]。四色針梳機(jī)通過(guò)電腦控制，并合牽伸機(jī)構(gòu)條子，通過(guò)調(diào)控不同色彩條子的喂入速度和時(shí)間生產(chǎn)色彩沿條子長(zhǎng)度漸變的段彩條。由于針梳條經(jīng)粗紗和細(xì)紗還要被牽伸十幾倍至幾百倍，導(dǎo)致四色針梳機(jī)生產(chǎn)漸變條具有非常大的漸變周期長(zhǎng)度[5-6]。上述2種色彩漸變紗工藝無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)漸變色彩多元化的需求。

本文基于三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)，將紅、黃、青3根粗紗分別喂入三通道耦合牽伸機(jī)構(gòu)，通過(guò)數(shù)字化伺服系統(tǒng)調(diào)控各通道的牽伸比，來(lái)調(diào)控成型紗線(xiàn)中三色纖維的混紡比并使其實(shí)現(xiàn)梯度配比，使所紡紗線(xiàn)呈現(xiàn)出色彩漸變的效果，分析混色紡紗的成紗機(jī)制及紗線(xiàn)漸變模式設(shè)計(jì)，并探究色彩漸變紗線(xiàn)條干不勻率及斷裂強(qiáng)度等性能。

1 三通道數(shù)碼環(huán)錠紡混色紡紗機(jī)制

三通道數(shù)碼環(huán)錠紡紗機(jī)由3個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的組合后羅拉分別與中羅拉、前羅拉構(gòu)成3個(gè)獨(dú)立牽伸通道，如圖1所示。

1—粗紗1；2—粗紗2；3—粗紗3；4—后羅拉1；5—后羅拉2；6—后羅拉3；7—集合器；8—中羅拉； 9—皮圈；10—前羅拉。圖1 三通道數(shù)碼紡紗機(jī)牽伸機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Digital spinning machine of three roller drafting system schematic diagram

圖1中1、2、3為品紅色、黃色、青色的3根粗紗，線(xiàn)密度分別為ρc、ρy、ρm。由伺服電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的后羅拉1、2、3速度分別為Vhc、Vhy、Vhm，中羅拉線(xiàn)速度為Vz，前羅拉線(xiàn)速度為Vq，各通道的牽伸比Ec=Vq/Vhc、Ey=Vq/Vhy、Em=Vq/Vhm[7-8]。3根粗紗經(jīng)各自通道獨(dú)立牽伸后在前羅拉鉗口匯合進(jìn)入加捻區(qū)捻合成由品紅、黃、青等3色纖維構(gòu)成的紗線(xiàn)，其混紡比為

(1)

(2)

(3)

Km+Ky+Kc=1

(4)

式中:Km、Ky、Kc分別為品紅色、黃色、青色纖維的混紡比例。由上式可知，粗紗ρm、ρy、ρc通過(guò)三通道牽伸系統(tǒng)數(shù)碼牽伸后加捻形成了由品紅、黃、青等3基色纖維混紡而成的紗線(xiàn)，其混紡比Km、Ky、Kc由3個(gè)通道的牽伸比決定。由于紗線(xiàn)的色彩取決于三基色纖維的混紡比，故通過(guò)數(shù)字化調(diào)控各通道牽伸比就可數(shù)字化調(diào)控紗線(xiàn)的混色色彩。

2 三通道數(shù)碼環(huán)錠紡漸變紗紡紗機(jī)制

三通道數(shù)碼紡紗可在紡紗過(guò)程中改變通道組合模式及各通道牽伸比在線(xiàn)調(diào)控成紗混紡比，按照同一規(guī)律分段變化，紡制線(xiàn)密度恒定、混紡比沿紗線(xiàn)長(zhǎng)度方向規(guī)律分段變化的色彩漸變紗[9-10]。設(shè)色彩漸變紗的線(xiàn)密度為ρi，共有N段色彩且每段混紡比為Kci、Kmi、Kyi，每段長(zhǎng)度為L(zhǎng)i(i=1,2,…,N)，其各段分布規(guī)律為：(L1、ρ1、Kc1、Km1、Ky1)，(L2、ρ2、Kc2、Km2、Ky2)，……，(Li、ρi、Kci、Kmi、Kyi)。

則可通過(guò)在線(xiàn)調(diào)控三通道在各個(gè)時(shí)段的牽伸比，就可紡出在給定時(shí)段按照指定混紡比分布的色彩漸變紗。設(shè)前羅拉速度為Vq，各色段分段時(shí)間為ti，則各色彩漸變紗線(xiàn)密度、各色段長(zhǎng)度、總牽伸倍數(shù)計(jì)算公式如下：

(5)

ρ1=ρ2=…=ρi

(6)

eci=ρc/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kci]

(7)

emi=ρm/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kmi]

(8)

eyi=ρy/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kyi]

(9)

式中：ρi為色彩漸變紗各分段線(xiàn)密度，tex；eci、emi、eyi分別為各分段3根粗紗的總牽伸倍數(shù)；ρy、ρm、ρc分別為3根粗紗的定量，g/10 m；ρyi、ρmi、ρci分別為3根粗紗經(jīng)牽伸區(qū)牽伸后的成紗線(xiàn)密度。

3 三通道數(shù)碼環(huán)錠紡紗色彩漸變模式

3.1 色相漸變的色彩漸變紗

各色相在配色圓環(huán)上距離不同，形成各種色相間的對(duì)比，色彩漸變紗的相鄰色段一般選擇配色圓環(huán)中角度小于60°的相鄰色相，色彩對(duì)比和諧柔和，呈現(xiàn)出各色相緩慢過(guò)渡的效果，這類(lèi)紗一般稱(chēng)為色彩漸變紗。

若選擇一梯度，如按10%將品紅、黃、青進(jìn)行混色，可得到原色3種、二次色混色27種、三次色混色36種，共計(jì)66種色彩，如表1所示。

表1 三原色混色模式表Tab.1 Tricolor mixed mode table

表1將CMY以10%為梯度匹配紡制66種三基色混色紗，混色色紗的合成符合染料三原色合成原理。運(yùn)用Photoshop軟件對(duì)混色紗色彩進(jìn)行模擬仿真，可得到如圖2所示的66種色彩。其中，右下角的紅色色塊對(duì)應(yīng)的是單色品紅粗紗以100%的比例喂入，向左推移，品紅粗紗的混紡比可按某一梯度逐漸遞減，黃色的混紡比以同樣梯度逐漸遞增到品紅粗紗的喂入量為0，黃色粗紗喂入量為100%紡純黃色段，形成線(xiàn)密度恒定的紅-黃漸變段，向上推移，黃色粗紗混紡比按此梯度遞減，同樣，青色粗紗以同樣梯度遞增到黃色粗紗停止喂入藍(lán)色粗紗以100%的量喂入紡純青色形成線(xiàn)密度恒定的黃-青漸變段，最后青色粗紗喂入量逐漸遞減，同時(shí)紅色粗紗再次以一定的梯度喂入到紡純紅色，形成線(xiàn)密度恒定的青-紅漸變段，按三角色塊相鄰三邊上的色塊所對(duì)應(yīng)的粗紗混紡比從紡品紅單色的紗段推移一個(gè)循環(huán)再回到純紡品紅色紗為止形成紅-黃-青-紅三色色彩漸變紗的一個(gè)循環(huán)。圖3示出品紅-黃-青按照10%梯度循環(huán)所得到的色彩漸變紗模擬效果圖。

圖2 66種配色可視化色塊圖Fig.2 Visual color block diagram of 66 harmonize colors

圖3 色相漸變的色彩漸變紗Fig.3 Gradient yarn of gradual change in hue

3.2 明度漸變的色彩漸變紗

在紗線(xiàn)上不產(chǎn)生色相的變化，僅某一色相的明暗程度發(fā)生遞進(jìn)變化的紗線(xiàn)稱(chēng)為明度色彩漸變紗。在紡制明度色彩漸變紗時(shí)，在保持紗線(xiàn)線(xiàn)密度恒定的情況下，純色粗紗與白色粗紗分別以漸減和漸增的形式從后羅拉鉗口喂入，隨著白色粗紗喂入量的遞增，紗線(xiàn)的明度值越高。明度色彩漸變紗的示意圖如圖4所示。

圖4 明度漸變的色彩漸變紗Fig.4 Gradient yarn of gradual change in lightness

3.3 純度漸變的色彩漸變紗

純度的變化常表現(xiàn)在某一色相的鮮濁程度，在色彩中想要改變某一色相的純度，常采用混入不同明度的灰色來(lái)實(shí)現(xiàn)純度的漸變，而在紡制線(xiàn)密度不變的純度色彩漸變紗過(guò)程中，則采用逐量喂入純色與黑色粗紗來(lái)改變紗線(xiàn)的鮮濁度。純度色彩漸變紗的示意圖如圖5所示。

圖5 純度漸變的色彩漸變紗Fig.5 Gradient yarn of gradual change in purity

4 三通道數(shù)碼環(huán)錠紡色彩漸變紗實(shí)踐

4.1 實(shí)驗(yàn)部分

4.1.1原料與設(shè)備

采用經(jīng)染色后的精梳長(zhǎng)絨棉制備的品紅、黃和青等三基色純棉粗紗，其干定量均為4.3 g/10 m，在JWF1551三通道環(huán)錠數(shù)碼紡紗機(jī)上紡制等線(xiàn)密度色彩漸變紗，紗線(xiàn)的線(xiàn)密度為27.76 tex，捻度為679捻/m。

4.1.2色彩漸變紗的混紡比漸變規(guī)律設(shè)計(jì)

色彩漸變紗的色彩漸變是以紗線(xiàn)中CMY三基色纖維的混紡比沿長(zhǎng)度方向的漸變分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)可選擇品紅-黃、品紅-青、青-黃等雙色漸變模式生產(chǎn)雙色色彩漸變紗，也可采用品紅-黃-青等三色漸變模式生產(chǎn)三色色彩漸變紗。如以品紅-黃-青三色為漸變模式且漸變梯度為10%，則可設(shè)計(jì)有30個(gè)分段組成的紅-黃-青三色色彩漸變紗，其各段三基色纖維混紡比見(jiàn)表2所示。該色彩漸變紗以30段漸變色為1個(gè)周期長(zhǎng)度，每個(gè)段長(zhǎng)為0.5 m，則其周期長(zhǎng)度為15 m。

4.1.3色彩漸變紗各粗紗牽伸比

紡制色彩漸變紗過(guò)程中通過(guò)設(shè)置各分段長(zhǎng)度內(nèi)各單根粗紗的總牽伸倍數(shù)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)各分段長(zhǎng)度內(nèi)的混紡比例變化，品紅-黃-青色彩漸變紗某一分段長(zhǎng)度內(nèi)單根粗紗的總牽伸倍數(shù)Ez的計(jì)算公式為

(10)

表2 品紅-黃-青三色色彩漸變紗各色段混紡比Tab.2 Blending ratio of magenta-yellow-green tricolor gradient yarn blending ratio

式中：g為棉條粗紗的干定量，單位為g/10 m；8.5%為棉纖維的公定回潮率；T為設(shè)定紡制出來(lái)的紗線(xiàn)的線(xiàn)密度，tex；Wz為某一分段內(nèi)其中一種組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%。

品紅-黃-青三色色彩漸變紗各通道粗紗的總牽伸倍數(shù)如表3所示。

表3 三粗紗喂入紡制色彩漸變紗的總牽伸倍數(shù)Tab.3 Tricolor roving feeding in spinning gradient yarn draft ratio

4.1.4測(cè)試儀器及方法

采用VHX-5000型超景深三維數(shù)碼顯微鏡拍攝紗線(xiàn)表面形態(tài)；采用YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線(xiàn)強(qiáng)力，設(shè)定預(yù)加張力為0.5 cN/tex，隔距長(zhǎng)度為500 mm，拉伸速度為500 m/min，測(cè)試10次，測(cè)試環(huán)境為溫度20 ℃，相對(duì)濕度為65%，測(cè)試前紗線(xiàn)在該條件下平衡24 h；采用YG135G型條干均勻度儀測(cè)試紗線(xiàn)條干不勻率，預(yù)設(shè)定測(cè)試速度為100 m/min，測(cè)試時(shí)間為2 min，測(cè)試長(zhǎng)度為200 m，測(cè)試3次。

4.2 品紅-黃-青三色色彩漸變紗外觀(guān)形態(tài)

通過(guò)三通道數(shù)碼環(huán)錠細(xì)紗機(jī)對(duì)喂入3個(gè)通道的品紅、黃、青粗紗實(shí)施梯度牽伸，調(diào)控紗線(xiàn)中品紅、黃、青三色纖維混紡比的梯度配置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沿紗線(xiàn)長(zhǎng)度方向色彩隨混紡比的變化。圖6示出品紅-黃-青三色漸變效果。

圖6 品紅-黃-青-品紅三色循環(huán)色彩漸變紗外觀(guān)形態(tài)Fig.6 Appearance of magenta-yellow-green tricolor gradient yarn

4.3 三色色彩漸變紗的條干分析

色彩漸變紗的條干不勻率采用變異系數(shù)CV值表示，結(jié)果見(jiàn)表4?？煽闯?種單色粗紗紡制的紗線(xiàn)條干不勻率趨于一致，說(shuō)明紡色彩漸變紗的3種單色粗紗不存在較大的條干性能差異。而三色色彩漸變紗沒(méi)有純色紗的條干均勻，這是由于在紡制色彩漸變紗混紡比較大的比例段如比例為紅黃9∶1或紅黃8∶2時(shí)，在后區(qū)牽伸的過(guò)程中，喂入比例量較小的粗紗所對(duì)應(yīng)后區(qū)通道所受的后區(qū)牽伸倍數(shù)較大，使后區(qū)內(nèi)須條中的纖維量減少，從而進(jìn)入前區(qū)纖維須條線(xiàn)密度較小，纖維數(shù)量的減少使得纖維間摩擦力總和減少，纖維須條結(jié)構(gòu)松散，纖維之間的抱合力較小而使纖維間的摩擦力減弱，牽伸區(qū)中浮游纖維所受的控制力減弱，不利于纖維在前鉗口處平穩(wěn)變速，從而使纖維頭端變速點(diǎn)分散，根據(jù)移距偏差理論，隨著牽伸倍數(shù)的增大，需合理控制纖維頭端變速點(diǎn)的范圍，否則會(huì)造成紗線(xiàn)條干不勻。因此在紡制混紡比較大的比例分段時(shí)，組分較小的粗紗所受牽伸倍數(shù)較大，從而易造成條干不勻。

表4 漸變紗線(xiàn)條干均勻度Tab.4 Evenness of gradient yarn

4.4 色彩漸變紗的拉伸力學(xué)性能分析

單色純紡紗及品紅-黃-青色彩漸變紗的斷裂強(qiáng)度如表5所示。

表5 單色及三色色彩漸變紗斷裂強(qiáng)度值Tab.5 Break strength of monochrome and tricolor gradient yarns

從表中可看出，品紅、黃、青單色純紡紗斷裂強(qiáng)度值基本一致，其斷裂強(qiáng)度平均值分別為24.85、24.52、23.51 cN/tex，說(shuō)明品紅、黃、青粗紗原料強(qiáng)力性能間沒(méi)有差異，而色彩漸變紗的斷裂強(qiáng)度與單色純紡紗相比，斷裂強(qiáng)度值較低，其斷裂平均值為20.47 cN/tex，且斷裂強(qiáng)度相對(duì)于單色純紡紗強(qiáng)度不勻率較大，斷裂伸長(zhǎng)率降低，這是由于色彩漸變紗紡制過(guò)程中混紡比不斷變化，造成紗線(xiàn)條干的波動(dòng)。當(dāng)紡制混紡比較大的比例分段時(shí)，紗線(xiàn)條干較不勻，從而使該段紗線(xiàn)的捻度分布不勻，而影響該段紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力，使該段斷裂強(qiáng)力稍低。

5 結(jié) 論

利用數(shù)碼紡紗機(jī)通過(guò)三通道紡色彩漸變紗的混色機(jī)制及對(duì)色段漸變模式的設(shè)計(jì)可梯度配比紡制兩色或三色以不同梯度變化的等線(xiàn)密度色彩漸變紗，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)色彩漸變紗上顏色分段長(zhǎng)度、分段比例，漸變梯度的精確控制，論述了紡制色彩漸變紗的紡紗原理。

通過(guò)對(duì)單色純紡紗及三色漸變紗進(jìn)行性能測(cè)試認(rèn)為，色彩漸變紗的斷裂強(qiáng)力相對(duì)于單色純紡紗稍低，強(qiáng)力CV值稍大。色彩漸變紗的條干相較于單色純紡紗稍有惡化，主要表現(xiàn)在色彩漸變紗大比例紡制段喂入組分較小的粗紗在牽伸區(qū)缺少良好的握持而造成該段條干不勻。條干不勻易造成紗線(xiàn)表面捻度不勻而影響紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力，但實(shí)驗(yàn)表明其綜合性能可滿(mǎn)足后道工序的生產(chǎn)織造。數(shù)碼紡生產(chǎn)色彩漸變紗的斷裂強(qiáng)度和條干不勻率可通過(guò)改善紡紗原料及在原有數(shù)碼紡機(jī)上加裝集聚紡裝置來(lái)達(dá)到優(yōu)化的作用。

FZXB

[1] 高衛(wèi)東, 郭明瑞, 薛元,等. 基于環(huán)錠紡的數(shù)碼紡紗方法[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2016, 37(7):44-48.

GAO Weidong, GUO Mingrui, XUE Yuan, et al. A novel method to produce ring spin yarn-digital spinning[J].Journal of Textile Research, 2016, 37(7): 44-48.

[2] 阿恩海姆，滕守堯. 藝術(shù)與視知覺(jué)[M]. 成都：四川人民出版社, 2006:451-472.

HAIM Rudol·Farne, TENG Shouyao. Arts and Visual Perception[M].Chengdu: Sichuan People′s Publishing House, 2006:451-472.

[3] 黃元慶. 漸變色彩的視覺(jué)審美價(jià)值[C]∥亞洲色彩論壇. 北京：中國(guó)流行色協(xié)會(huì). 2004:10-11.

HUANG Yuanqing.The Visual aesthetic value of gradient color [C]//Asian Color Forum. Beijing: China Fashion Association, 2004:10-11.

[4] 張瑞林, 曾祥慧, 朱寶湘. 段染紗線(xiàn)仿真模擬中的顏色漸變實(shí)現(xiàn)方法[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2010, 19(7):197-200.

ZHANG Ruilin, ZENG Xianghui, ZHU Baoxiang. Implementation of color gradient in dyed yarn simula-tion [J]. Journal of Computer Applications, 2010, 19 (7): 197-200.

[5] 陸衛(wèi)國(guó). 毛精紡漸變針織紗加工初探[J]. 上海毛麻科技, 2016(4):9-11.

LU Weiguo. Preliminary study on gradual wool worsted knitting yarn [J]. Shanghai Woolen Science and Technology, 2016 (4): 9-11.

[6] 唐懿蓉. 多色漸變織物紡紗工藝設(shè)計(jì)的研究[D].西安：西安工程大學(xué), 2012(6): 8-12：8-12.

TANG Yirong. Study on spinning process design of multi-color gradient fabric [D]. Xi′an: Xi′an Engineering University, 2012:8-12.

[7] 薛元, 高衛(wèi)東, 楊瑞華. 三通道數(shù)碼紡紗:紗線(xiàn)的柔性數(shù)字化加工技術(shù)[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2017(8):46-50.

XUE Yuan, GAO Weidong, YANG Ruihua. Three-channel digital spinning: flexible digital processing of yarn technology [J]. China Textile Leader, 2017 (8): 46-50.

[8] 薛元,易洪雷,陳偉雄,等. 數(shù)控耦合式復(fù)合紡紗系統(tǒng)構(gòu)建和三基色混配色紡紗工藝研究[J]. 嘉興學(xué)院學(xué)報(bào),2014(6):15-20.

XUE Yuan, YI Honglei,CHEN Weixiong, et al. Research on construction of numerical control coupling type composite spinning system and trichromatic color mixing spinning process[J]. Journal of Jiaxing University, 2014(6):15-20.

[9] 薛元,高衛(wèi)東,楊瑞華,等. 三組份異同步二級(jí)牽伸紡制多彩竹節(jié)紗的方法及裝置: 201510140910.4[P]. 2015-06-17.

XUE Yuan, GAO Weidong,YANG Ruihua, et al. The method and device of three different secondary draf to spinning colorful slub yarn: 201510140910.4[P]. 2015-06-17.

[10] 薛元,高衛(wèi)東,楊瑞華,等. 雙組份異同步二級(jí)牽伸紡制多彩竹節(jié)紗的方法及裝置:201510140954.7[P].2015-03-27.

XUE Yuan, GAO Weidong,YANG Ruihua, et al. The method and device of dual components different synchronization secondary draf to spinning colorful slub yarn: 201510140954.7[P]. 2015-03-27.