雙通道環(huán)錠數(shù)碼紡混色紗的結(jié)構(gòu)及其性能

賀玉東， 薛 元， 楊瑞華， 劉曰興， 張國清

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 2. 愉悅家紡有限公司， 山東 濱州 256623)

混色紗一般是由2種及2種以上不同色澤的纖維混紡而成，紡紗前纖維原料均需染色或原液著色，由于不同顏色纖維或不同混合比例的差異，使得制備的紗線有特殊的色澤效果，色澤變化多樣。同時由于織造后一般不需要染色加工，縮短了后道加工工序，廣受市場歡迎[1]。

目前混色紗制備過程中的混色方法主要有全混法和條混法[2]。所謂全混法就是在前道清花工序?qū)⑸倭坷w維稱量、預(yù)混合，而后制備成紗；而條混法是將不同性能或顏色的纖維制備成條子，進(jìn)行多道工序并條混合，經(jīng)紡紗工藝制備成紗。2種纖維混合方式由于增加了前道工序，使得生產(chǎn)流程變長，生產(chǎn)效率降低，同時纖維混合時受到的機(jī)械作用可能導(dǎo)致纖維的扭結(jié)和損傷，短絨、棉結(jié)數(shù)量增加，紗線質(zhì)量降低，且纖維混合時比例、品種等方式較為固定，紗線顏色變換困難，后道工序處理較為單一。

雙通道環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)制備混色紗的出現(xiàn)大大改善了這一現(xiàn)狀[3-4]，該紡紗系統(tǒng)可通過改變不同顏色的粗紗或改變不同顏色粗紗的配比，進(jìn)而改變所制備紗線的顏色，從而實現(xiàn)紡紗成型與紗線配色的同步進(jìn)行，使得雙通道環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)具備了紡紗與配色雙重功能。同時紗線混紡比設(shè)定靈活，色彩更加豐富；較之傳統(tǒng)色紡技術(shù)，纖維的混合在細(xì)紗工序進(jìn)行，進(jìn)而減少了前紡的纖維混合工序，縮短了加工流程，大大降低了生產(chǎn)成本。

本文基于雙通道環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)，分析了混色紗的成紗機(jī)制及實現(xiàn)顏色調(diào)控的機(jī)制，并對紗線條干、拉伸力學(xué)性能等進(jìn)行了探究。

1 雙通道環(huán)錠數(shù)碼紡混色紗外觀設(shè)計

1.1 雙色混色紗的色彩設(shè)計

混色紗的顏色設(shè)計是色彩藝術(shù)與色紡技術(shù)的融合。通過不同顏色的相互組合，使得紗線的色相、純度及明度間的交互作用發(fā)生變化進(jìn)而改變紗線的色彩[5-6]。基于雙通道環(huán)錠數(shù)碼紡生產(chǎn)的混色紗就是通過2種不同色彩的粗紗條經(jīng)異步牽伸、交互組合、梯度配比、加捻混合而成，該紡紗系統(tǒng)通過控制同一根紗線中不同粗紗包含的色纖維的喂入比例進(jìn)而實現(xiàn)纖維在紗線上的周期性分布，從而實現(xiàn)原料組分和色彩的多樣化。紡紗過程中紗線的制備可分為單色和雙色混色2種模式，雙色混色可將無彩色(即黑白灰)和無彩色、無彩色和有彩色、有彩色和有彩色相互搭配，形成不同色彩外觀的紗線。如在品紅(M)、黃(Y)、青(C)、黑(K)、白(W)5種顏色的粗紗中任意選2種，粗紗纖維含量分別以k1和k2表示，且k1+k2=100%，以10%的梯度進(jìn)行遞增(或遞減)產(chǎn)生95種色相或明度和純度的變化，其組合方式如表1所示。

1.2 雙色混色紗的色彩仿真

理論上，混色紗形成織物的色彩風(fēng)格可用色彩空間混和理論來分析，色纖維的空間混合模式不同于色光的加法混色模式，也不同于染料色彩的減法混色模式。加法混色和減法混色是色彩形成后被眼睛感觀后得出的顏色，而色纖維混合過程中纖維的顏色并沒有發(fā)生變化，人眼所看到的顏色是各組分纖維交錯并置，是基于人的視覺生理特征隨機(jī)產(chǎn)生的視覺色彩空間混合效果[7-9]。其特點之一是：觀察距離不同，布面呈現(xiàn)不同的外觀效應(yīng)。

表1 色纖維梯度混色方案Tab.1 Color fiber gradient blending scheme

不同色纖維并置在一起，且在視網(wǎng)膜的投影足夠小時，眼睛則很難將2種顏色分辨出來，從而產(chǎn)生混色的效果。運用Photoshop軟件對混色紗的色彩進(jìn)行模擬仿真，可得到當(dāng)視網(wǎng)膜的投影足夠小時2種顏色混合產(chǎn)生的宏觀效果圖，如圖1所示。

2 雙通道環(huán)錠數(shù)碼紡混色紗紡紗工藝

2.1 雙通道混色紗的成紗機(jī)制

在該紡紗系統(tǒng)上，不同顏色的粗紗經(jīng)喇叭口喂入，經(jīng)過組合式后羅拉，耦合牽伸后須條在前鉗口處捻合形成紗線。在實現(xiàn)同軸異步牽伸的基礎(chǔ)上，通過控制不同通道的纖維喂入量，改變混紡比和紗線的線密度[10]。假定喂入色彩分別為黃色、青色，粗紗線密度為ρ1(tex)和ρ2(tex)，混紡比為k1和k2，牽伸比為e1和e2。紡制線密度為ρ′(tex)的混色紗，則紗線中纖維的牽伸比為：

由于紗線的色彩取決于不同色纖維的混紡比，通過數(shù)字化調(diào)控各通道牽伸比就可間接調(diào)控紗線的混合色彩。將牽伸比輸入伺服系統(tǒng)，即可按照給定的混紡比進(jìn)行紡紗，紡出任意比例的混色紗。

圖1 不同顏色混合時的色彩仿真圖Fig.1 Color simulation of different colors blended

2.2 雙通道混色紗的生產(chǎn)工藝

實驗原料為經(jīng)染色后的精梳長絨棉制備的品紅色、黃色、青色、黑色、白色純色粗紗，原棉規(guī)格為新疆棉L238B，粗紗定量為4.5 g/(10 m)。紡紗設(shè)備采用JWF1551型環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)。紡紗工藝：成紗線密度為19.43 tex，錠速為12 000 r/min，捻度為726捻/m，捻向為Z捻。以黃色、青色2種色纖維制備雙色混色紗為例，紡紗工藝及參數(shù)設(shè)定見表2。

表2 紡紗工藝參數(shù)Tab.2 Parameters of spinning process

注：k黃為黃色纖維含量；k青為青色纖維含量。

3 混色紗的結(jié)構(gòu)與性能分析

3.1 混色紗微觀結(jié)構(gòu)分析

本文通過觀測不同色纖維之間相互排列關(guān)系來表征混色紗結(jié)構(gòu)特征。在色纖維性狀及物理性質(zhì)相同的情況下，主要觀測纖維在紗線中的分布，即：紗線截面中色纖維的分布位置和紗線徑向上纖維的形態(tài)與分布。采用哈氏切片法和計算機(jī)圖像采集技術(shù)對紗線結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，將紗線截面切片在VHX-5000型超景深三維顯微鏡下放大700倍以獲取紗線截面結(jié)構(gòu)信息，部分不同比例的混色紗截面結(jié)構(gòu)見圖2。徑向結(jié)構(gòu)信息的獲取采用圖像拼接技術(shù)觀測長度為2 cm的紗線，放大100倍。圖3示出部分黃/青混色紗的徑向結(jié)構(gòu)，圖4示出相同比例下不同色纖維組合的混色紗徑向結(jié)構(gòu)。

圖3 不同比例黃/青纖維混色紗的徑向結(jié)構(gòu)Fig.3 Radial structures of yellow and cyan melange yarns

圖4 相同比例下不同色彩混色紗的徑向結(jié)構(gòu)Fig.4 Radial structures of melange of different colorsyarns at same proportion

圖2中，紅色纖維為切片時所采用的染色羊毛，黃色、青色為組成混色紗的2種色纖維。從紗線截面上看，紗線截面總體上近似于橢圓形，且2種不同色纖維之間有明顯的接觸曲面，紗線主要以束狀纖維結(jié)構(gòu)混合，由于纖維在牽伸過程中2種色纖維須條是以束纖維狀態(tài)平行牽伸，從而不會出現(xiàn)色纖維從須條中分離出來或被嵌入到另一根須條中的現(xiàn)象，纖維須條整齊順直。同時由于2種纖維的牽伸速度不同與紡紗加捻三角區(qū)的存在，使得高比例的紗條螺旋回轉(zhuǎn)半徑偏小而向內(nèi)分布，而低比例的紗線由于受力不均向外分布，因而出現(xiàn)低比例的紗線輕微包纏高比例紗線的現(xiàn)象。

在紗線徑向結(jié)構(gòu)中，經(jīng)各通道獨立牽伸并由前羅拉輸出的2根須條互相包繞捻合形成類似股線的結(jié)構(gòu)，色纖維呈螺旋線周期性排列，紗線的徑向結(jié)構(gòu)清晰、緊密。主要是由于不同色纖維須條牽伸速度的不同，從前鉗口輸出時加捻點的上下抖動使得加捻三角區(qū)的高度在不斷變化，在鋼絲圈的加捻力矩作用下使加捻三角區(qū)內(nèi)的須條獲得低捻，加之股線加捻，紗線徑向結(jié)構(gòu)上纖維相互包卷、捻和在一起，纖維束松散程度降低。邊緣纖維也受到有效的聚集。紗線的外觀色彩上也由于不同顏色纖維的平行配置，呈現(xiàn)出不同色顏色變化。

3.2 混色紗的性能分析

紗線條干測試按照GB/T 3292—2009《紡織品 紗線條干不勻試驗方法》進(jìn)行，測試設(shè)備采用USTER?TESTER 5-S800型條干測試儀，測試長度為100 m，測試速度為200 m/min。

力學(xué)性能測試按照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》進(jìn)行，測試設(shè)備采用YG068C全自動單紗強(qiáng)力儀，預(yù)加張力為0.5 cN/tex，拉伸速度為500 mm/min，試樣夾持長度為500 mm。測試環(huán)境為：溫度20 ℃，相對濕度65%，測試前紗線在該條件下平衡24 h，測試時每種比例的紗線取10管，每管測試10次，測試結(jié)果取平均值，如表3所示。

從表3可看出，由于2種纖維的混紡比例差距先減小后增大，9種不同混紡比的混色紗條干不勻率呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，且混紡比在30∶70～70∶30范圍內(nèi)，混紡紗的條干優(yōu)于純紡紗。當(dāng)2種不同色纖維比例相差較大時，使得牽伸過程中2種纖維束的差異相對較大，低比例的組分在牽伸時纖維數(shù)量減少，纖維間的抱合力降低，一部分纖維極易被吸風(fēng)槽吸走，須條結(jié)構(gòu)松散，使得進(jìn)入加捻三角區(qū)時的2組纖維束受到的拉伸、彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度差異較大，形成的加捻三角區(qū)不對稱，加捻點向高比例的組分偏移，出現(xiàn)低比例的組分包纏在另一根單紗上的現(xiàn)象，使得成紗的條干總體上惡化相對比較嚴(yán)重。2種纖維比例相近或者相差不大時，加捻三角區(qū)較為對稱，類似于賽絡(luò)紡，因而混色紗條干優(yōu)于純色紗。

表3 混色紗的性能Tab.3 Performance of mixed color yarn

在紡紗工藝和原料等條件相同的情況下，混色紗的斷裂強(qiáng)度隨著混紡比例的變化呈先增高后降低的趨勢，不同混紡比的紗線斷裂伸長率基本相差不大?；旒彵壤罹噍^大時，在拉伸斷裂過程中，由于加捻三角區(qū)的不對稱，低比例組分纖維的包纏，使得在紗線中受到的抱合力與摩擦力較小，對紗線成紗強(qiáng)力貢獻(xiàn)較?。划?dāng)2種色纖維比例接近或相同時，2種色纖維相互包纏，結(jié)構(gòu)較為緊密，纖維間抱合力和摩擦力增大，滑脫長度減小，纖維強(qiáng)度利用率相對較高，同時在拉伸纖維時產(chǎn)生的滑動摩擦力對單紗強(qiáng)力也有一定的貢獻(xiàn)作用。

4 結(jié) 論

利用雙通道環(huán)錠數(shù)碼細(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)制與混色紗的顏色設(shè)計，可實現(xiàn)不同色彩混色紗的制備。通過混色紗的性能測試發(fā)現(xiàn)：2種色纖維組分比例差距較大時，混色紗的強(qiáng)力和條干較純紡紗稍有惡化；2種纖維比例相近或者相差不大時，混色紗線條干比純色紗有了明顯改善；在色纖維混紡時，通過調(diào)整紡紗過程中的工藝參數(shù)，可提高混色紗的整體性能。

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