三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗原理和工藝設(shè)計(jì)

韋金平

(經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司 榆次分公司，山西 晉中 030601)

0 引言

紡織材料和紡織品的上色印染是整個(gè)紡織流程里重要環(huán)節(jié)之一，對原材料在紡成細(xì)紗前進(jìn)行染色處理，經(jīng)細(xì)紗工序紡成預(yù)設(shè)顏色和風(fēng)格的成品紗線，用以滿足后期織造，是為色紡。色紡技術(shù)因環(huán)保性能好、成紗品種多變、織物風(fēng)格獨(dú)特、市場利潤大等因素，近年來在細(xì)紗總產(chǎn)量中所占份額也逐年提高。

目前，紡機(jī)企業(yè)給紡織企業(yè)提供的色紡解決方案簡繁皆有，但總體來說結(jié)構(gòu)較簡單，數(shù)根上色粗紗喂入牽伸區(qū)混紡時(shí)，無法全部做到雙區(qū)牽伸，所以成紗檔次不高，風(fēng)格特性亦受設(shè)備智能化水平影響，不夠豐富，無法很好地滿足市場需求，亟待提出新的功能強(qiáng)大的智能化色紡解決方案。筆者以JWF1551型三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)[1-2]為模本，探討智能化色紡方案的原理，以及粗紗配比等相關(guān)問題。

1 三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽伸結(jié)構(gòu)原理

三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的紡紗原理被稱為“機(jī)電一體化多組分耦合牽伸—復(fù)合加捻”，即3根不同顏色的粗紗分別由獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的后羅拉按需送入牽伸部件，經(jīng)后區(qū)和前區(qū)牽伸后，由錠子加捻，呈現(xiàn)出一種混合花色、風(fēng)格多變的細(xì)紗。三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽伸結(jié)構(gòu)如圖1所示。3根后羅拉、中羅拉和前羅拉的運(yùn)轉(zhuǎn)分別由各自獨(dú)立的伺服系統(tǒng)驅(qū)動，單位時(shí)間內(nèi)3根粗紗的牽入量分別取決于各自對應(yīng)后羅拉的轉(zhuǎn)速，而非像傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)那樣，羅拉之間的傳動受制于機(jī)械傳動，不能隨意變化。

1，2，3—粗紗；4，5，6—后羅拉；7—中羅拉；8—前羅拉；9—細(xì)紗；S1—粗紗喂入?yún)^(qū)；S2—后牽伸區(qū)；S3—前牽伸區(qū)；S4—加捻區(qū)。圖1 三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽伸結(jié)構(gòu)示意

5根羅拉獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，3根粗紗獨(dú)立喂入，粗紗雙區(qū)牽伸，這些高性能智能化的機(jī)械特性決定了該設(shè)備能夠紡制各種工藝要求的細(xì)紗?？刂葡嚓P(guān)羅拉的轉(zhuǎn)速比，不僅可以紡出等線密度的細(xì)紗，同樣也可以紡出不等線密度的竹節(jié)紗。成品紗的線密度、色彩等特征按照預(yù)設(shè)工藝富于變換，從而滿足織物的各種風(fēng)格。

2 粗紗配比計(jì)算應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系

2.1紡制等線密度細(xì)紗時(shí)粗紗配比關(guān)系

設(shè)3根粗紗的線密度分別為ρ1、ρ2、ρ3，要求細(xì)紗的線密度為ρ4。分析可知，單位時(shí)間內(nèi)粗紗輸入的長度分別為l1、l2、l3，細(xì)紗輸出的長度為l4，由輸入輸出牽伸部件的纖維質(zhì)量相等得：

ρ1l1+ρ2l2+ρ3l3=ρ4l4

(1)

當(dāng)3根粗紗定量相同ρ1=ρ2=ρ3，式(1)可化為：

ρ4/ρ1=l1/l4+l2/l4+l3/l4

(2)

設(shè)e4為假定的單根粗紗紡細(xì)紗時(shí)牽伸區(qū)的總牽伸倍數(shù)，e1，e2，e3分別為3根等定量粗紗紡細(xì)紗時(shí)牽伸區(qū)的牽伸倍數(shù)，細(xì)紗與對應(yīng)粗紗的牽伸倍數(shù)，式(2)可化為：

1/e4=1/e1+1/e2+1/e3

(3)

當(dāng)要求三元色細(xì)紗機(jī)紡制等線密度細(xì)紗時(shí)，各粗紗的牽伸倍數(shù)和總牽伸倍數(shù)應(yīng)該滿足式(3)。

式(3)的意義和應(yīng)用，可舉例說明。

以定量均為4 g/(10 m)、編號分別為1、2、3的3根粗色紗紡20 tex的細(xì)紗，要求S1段色紗1占100%；S2段色紗1占20%、色紗2占30%、色紗3占50%；S3段色紗2占50%、色紗3占50%；S4段色紗2占100%。

總牽伸倍數(shù)和分牽伸倍數(shù)的關(guān)系見表1。

表1 總牽伸倍數(shù)和分牽伸倍數(shù)的關(guān)系

紗段牽伸倍數(shù)e4e1e2e3持續(xù)時(shí)間S1S2S3S420(400/20)20/120/0.200020/0.320/0.520/1020/0.520/0.50T1T2T3T4

三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制等線密度細(xì)紗時(shí)，前、中羅拉的轉(zhuǎn)速相對恒定，根據(jù)細(xì)紗色段長度S和前羅拉的設(shè)定轉(zhuǎn)速換算出長度S對應(yīng)的紡紗時(shí)間段T，再由對應(yīng)的牽伸倍數(shù)換算成在時(shí)間T內(nèi)后羅拉對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(喂入粗紗長度)。

表1是按預(yù)設(shè)配色紡制細(xì)紗，細(xì)紗的色段長度和配色比例是預(yù)先設(shè)定的，本機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)顏色配比和色段都隨機(jī)的幻彩細(xì)紗紡制，需要程序產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)驅(qū)動伺服控制，使e1、e2、e3、T這4個(gè)參數(shù)在紡紗過程中以滿足式(3)的關(guān)系為前提，隨機(jī)變化。

2.2紡制不等線密度細(xì)紗時(shí)粗紗配比關(guān)系

由于本設(shè)備牽伸部件全部采用伺服控制，所以無需另外添加附屬的機(jī)械裝置，就可根據(jù)需要來控制牽伸倍數(shù)，紡制各種具有竹節(jié)、段彩效果的細(xì)紗。

可選定1根(或2根)粗紗作為基紗，牽伸比保持恒定，另外2根(或1根)粗紗作為輔紗，按竹節(jié)要求喂入后羅拉，節(jié)長由喂入時(shí)間控制、節(jié)距由喂入間隔時(shí)間控制、節(jié)粗由喂入速度控制，舉例說明。

以定量均為4 g/(10 m)、編號分別為1、2、3的3根粗紗紡制竹節(jié)紗，要求1號粗紗做為基紗，基紗對應(yīng)的細(xì)紗號數(shù)為20 tex，2號、3號粗紗為交替產(chǎn)生竹節(jié)的輔紗，節(jié)粗為基紗號數(shù)的2倍，節(jié)長和節(jié)距為設(shè)定的恒定值，其工藝見表2。

表2 竹節(jié)紗工藝

紗段牽伸倍數(shù)e4e1e2e3持續(xù)時(shí)間S1S2S3S420(400/20)20/120/120/120/1020/10000020/1T1T2T3T4

如表2所示，1號紗牽伸倍數(shù)不隨時(shí)間變化，保持恒定值20，S1段的長度由時(shí)間T1決定；進(jìn)入時(shí)間段T2時(shí)，2號粗紗以牽伸倍數(shù)20倍喂入，產(chǎn)生粗節(jié)；進(jìn)入時(shí)間段3時(shí)，只有1號粗紗喂入；進(jìn)入時(shí)間段T4后，粗節(jié)由3號粗紗以牽伸倍數(shù)為20產(chǎn)生。

節(jié)長、節(jié)距、節(jié)粗既可以保持不變，又可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置變化，還可以在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)隨機(jī)變化，必要時(shí)，還可以改變中羅拉的轉(zhuǎn)速，使前中羅拉牽伸倍數(shù)變化來進(jìn)一步影響竹節(jié)效果。紡竹節(jié)紗時(shí)，計(jì)算牽伸倍數(shù)，不需要再完全遵從式(3)的數(shù)學(xué)關(guān)系，而是可以主輔紗單獨(dú)計(jì)算。

3 三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗注意事項(xiàng)

三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗，優(yōu)勢在于對染色粗紗混配的伺服化控制，使細(xì)紗風(fēng)格靈活多變[3]。而細(xì)紗的用途在于后期織造，所以色紡工藝需要根據(jù)織物要求來設(shè)計(jì)，更需要打樣驗(yàn)證[4]。

色紡涉及到美術(shù)色彩學(xué)，染色纖維經(jīng)混色加捻后，視覺效果既不同于色光的加法混合，又不同于顏料的減法混合，混合后的纖維亮度不增不減，屬于中性混合的一種；規(guī)?；纳?，紡織企業(yè)需要根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建立配色數(shù)據(jù)庫[5]。

棉纖維經(jīng)染色處理后，物理性質(zhì)會發(fā)生較大變化，所以，色紡不僅需要處理好普通紡面臨的所有問題，還要處理好棉纖維經(jīng)染色處理后的新問題。例如：粗紗參數(shù)和細(xì)紗機(jī)的相關(guān)參數(shù)要相互協(xié)調(diào)，都需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)重新加以驗(yàn)證，以免影響配色；粗紗捻度必須由實(shí)驗(yàn)確定到合適值，捻度太低不適應(yīng)于三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)多列粗紗架造成粗紗和導(dǎo)紗桿包角大，粗紗易斷；捻度太高，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且由于纖維之間的摩擦力大，后羅拉和后羅拉軸承之間的壓力難以壓緊粗紗，當(dāng)后羅拉按需停轉(zhuǎn)后，粗紗由中羅拉繼續(xù)牽伸，造成配色不能按照預(yù)設(shè)工藝進(jìn)行，錠與錠之間細(xì)紗差異過大；羅拉和羅拉軸承之間的壓力也比普通紡要大。

4 結(jié)語

4.1色紡技術(shù)因其環(huán)保性能好、成紗品種多變、織物風(fēng)格獨(dú)特、市場利潤大等因素，在細(xì)紗總產(chǎn)量中的占比越來越大，但因受設(shè)備智能化水平影響，導(dǎo)致色紡成紗檔次不高，風(fēng)格不夠豐富。JWF1551型三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)以其“機(jī)電一體化多組分耦合牽伸—復(fù)合加捻”方案，呈現(xiàn)出混合花色、風(fēng)格多變的細(xì)紗，為色紡智能紡紗提供了參考。

4.2在色紡行業(yè)，一種新理論的引入，一種新設(shè)備的發(fā)明，必然會在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上引起比較大的變革，三元色智能型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗就是一個(gè)例證，該設(shè)備的應(yīng)用，使色紡紗的工藝開發(fā)空間大大擴(kuò)展，但是色紡是一個(gè)系統(tǒng)工程，在整個(gè)紡織流程里任何一個(gè)環(huán)節(jié)都需要有相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步，才能達(dá)到整體水平的跨越。