多通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制段彩紗工藝分析

孫顯強(qiáng)，薛 元，卜華香，朱經(jīng)武

(1.江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.無錫市和展機(jī)械技術(shù)有限公司，江蘇 無錫 214122；3.滁州霞客環(huán)保色紡有限公司，安徽 滁州 239000)

段彩紗作為一種花式紗線，憑借著結(jié)構(gòu)、形態(tài)、色彩的多樣性和時尚性，廣泛應(yīng)用于紡織服裝面料上[1-3]。段彩紗指按照紡紗方式紡制的線密度、分段長度和分段顏色按照某種規(guī)律變化的一類紗線。按照線密度是否恒定來分，可分為普通段彩紗和段彩竹節(jié)紗。在段彩紗的設(shè)計過程中，選色顯得尤為重要，常需要選擇對比較大的顏色進(jìn)行設(shè)計，這也是一個難點[4]?；谏鲜鰡栴}，本文構(gòu)建了一種八基色顏色混色模型，將此類模型應(yīng)用到三通道環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，可以極大簡化段彩紗的設(shè)計步驟，并可設(shè)計出線密度、分段長度、分段顏色隨機(jī)變化的段彩紗，使得織成的織物風(fēng)格更加多樣，色彩更加豐富[5-7]。

1 三通道環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的工作機(jī)制

1.1 三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)組成

三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)如圖1所示，由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等部分組成。其中，控制系統(tǒng)由觸摸屏、可編程控制器(PLC)及上位機(jī)和下位機(jī)控制軟件構(gòu)成；伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器、伺服電動機(jī)、減速器和傳感器構(gòu)成；機(jī)械系統(tǒng)由前羅拉、中羅拉、3個后羅拉鋼領(lǐng)板、錠子等組成。在控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)的聯(lián)動和協(xié)同作用下，可以紡出品種多樣的花式紗線。

圖1 三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)

1.2 三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)成型原理

三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)有多臺電動機(jī)伺服驅(qū)動器，其中前羅拉和中羅拉和3個后羅拉以及錠子、鋼領(lǐng)板分別由7臺電動機(jī)伺服驅(qū)動器構(gòu)成7軸聯(lián)動控制系統(tǒng)。對應(yīng)3組后羅拉喂入3根粗紗，經(jīng)異步牽伸后再合并、加捻、卷繞形成1根新的紗線。該裝置可以紡制段彩紗、漸變色紗、竹節(jié)紗、混色紗等常見花式紗線，且紗線品種多樣，色彩豐富。三通道數(shù)碼紡紗機(jī)制圖見圖2。

圖2 三通道數(shù)碼紡紗機(jī)制圖

設(shè)前羅拉、中羅拉、3個后羅拉速度分別為Vq、Vz、Vhα、Vhβ、Vhγ，錠子轉(zhuǎn)速為nd。則三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗紡紗調(diào)控機(jī)制遵循以下公式。

成紗線密度：

(1)

各通道混紡比：

(2)

成紗捻度：

(3)

各通道牽伸比：

(4)

式中：Vq為前羅拉線速度，m/min；Vz為中羅拉線速度，m/min；Vhα為α通道的后羅拉線速度，m/min；Vhβ為β通道的后羅拉線速度，m/min；Vhγ為γ通道的后羅拉線速度，m/min；nd為錠子轉(zhuǎn)速，r/min。

1.3 三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制段彩紗機(jī)制

三通道數(shù)碼紡紗可在紡紗過程中改變通道組合模式及各通道牽伸比在線調(diào)控成紗混紡比，按照同一規(guī)律分段變化，紡制線密度恒定、混紡比沿紗線長度方向規(guī)律分段變化的色彩漸變紗。因此，段彩紗各段的線密度ρsi，混紡比λαi、λβi、λγi，長度為li，捻度為Twi，分布規(guī)律如下：

(l1、ρs1、λα1、λβ1、λγ1、Tw1)，

(l2、ρs2、λα2、λβ2、λγ2、Tw2)，

?

(li、ρsi、λαi、λβi、λγi、Twi)，

?

(ln、ρsn、λαn、λβn、λγn、Twn)，

(5)

式中：ρsi為第i段紗線的線密度，tex；λαi為第i段、α通道的喂入紗線占比，%；λβi為第i段、β通道的喂入紗線占比，%；λγi為第i段、γ通道的喂入紗線占比，%；li為第i段紗線的長度，m；Twi第i段紗線的捻度,捻/m，i=1,2,…,n。

上述段彩紗通過在線調(diào)控三通道在各個時段的牽伸比，可以紡出在給定時段按照指定混紡比分布的段彩紗。例如第i時段紗線線密度為ρsi，混紡比為λαi,λβi,λγi，前羅拉線速度Vqi=nd/Twi，段長li=Vqi×ti。則根據(jù)式(4)可求得第i時段各通道的牽伸比。

2 多元基色混色色譜構(gòu)建

2.1 色譜顏色選擇

依據(jù)紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、黑、白8種顏色，構(gòu)建色譜混色模式及其空間，并進(jìn)行段彩紗的設(shè)計。8種顏色的顏色值和光譜色如表1所示。

表1 八基色參照圖表

2.2 混色組合選擇

表2 一次色混合

表3 二次色混合

表4 三次色混合

2.3 三基色混色模型及網(wǎng)格點顏色值

假設(shè)CMY顏色空間任意3點α、β、γ的顏色值分別為α(Rα,Gα,Bα)、β(Rβ,Gβ,Bβ)、γ(Rγ,Gγ，Bγ)，以1/n為梯度將α、β、γ的3點構(gòu)成的三角形進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，則網(wǎng)格點的顏色值為Ti,j(RTi,j,GTi,j,BTi,j)，則各網(wǎng)格點的顏色值可由下式求得：

(6)

(7)

(8)

式中，i,j=1,2,…，n-1,n,n+1;i+j≤n+2。

3 段彩紗及其織物的紡制

紡制段彩紗必須進(jìn)行段彩紗的外觀設(shè)計(包括分段色彩與色彩分段規(guī)律設(shè)計)、段彩紗的規(guī)格設(shè)計(線密度及捻度)、段彩紗的紡紗工藝設(shè)計。首先以黃—紫—白、綠—紅—紫、黑—綠—白和藍(lán)—黃—橙3色粗紗為配色基色做出三基色混色色譜，然后分別進(jìn)行3色、5色、7色和11色段彩紗的外觀設(shè)計、段彩紗的規(guī)格設(shè)計、段彩紗的紡紗工藝等工作，采用紡制的段彩紗生產(chǎn)針織布樣。

3.1 三基色粗紗混色色譜設(shè)計

采用的混色色譜如圖3所示，分別為黃—紫—白、綠—紅—紫、黑—綠—白、藍(lán)—橙—黃三基色色譜，分別以此作為粗紗三基色，進(jìn)行段彩紗設(shè)計。

圖3 三基色混色色譜

3.2 段彩紗的色彩設(shè)計

段彩紗各個紗段的色彩設(shè)計是其紡紗過程中必不可少的環(huán)節(jié)，3色段彩紗的顏色值、每段紗長度的詳細(xì)參數(shù)見表5，其示意圖見圖4(a)；5色段彩紗的顏色值、每段紗長度的詳細(xì)參數(shù)見表6，其示意圖見圖4(b)；7色段彩紗的顏色值、每段紗長度的詳細(xì)參數(shù)見表7，其示意圖見圖4(c)；11色段彩紗的顏色值、每段紗長度的詳細(xì)參數(shù)見表8，其示意圖見圖4(d)。

圖4 段彩紗示意圖

表5 3色段彩紗色彩對照表

表6 5色段彩紗色彩對照表

表7 7色段彩紗色彩對照表

表8 11色段彩紗色彩對照表

3.3 段彩紗的規(guī)格設(shè)計

段彩紗規(guī)格設(shè)計主要包括線密度和捻度，此次設(shè)計的3色、5色、7色、11色段彩紗的線密度均為18.2 tex，捻度均為70.3捻/(10 cm)，捻系數(shù)均為300，捻向均為Z捻。

3.4 段彩紗的紡紗工藝設(shè)計

本次實驗在JWF1551三通道數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)(經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司)上進(jìn)行段彩紗的紡制，其中，3色段彩紗的牽伸工藝見表9，用來紡制1#段彩紗、2#段彩紗、3#段彩紗；5色段彩紗的牽伸工藝見表10，用來紡制4#段彩紗、5#段彩紗、6#段彩紗；7色段彩紗的牽伸工藝見表11，用來紡制7#段彩紗、8#段彩紗、9#段彩紗；11色段彩紗的牽伸工藝見表12，用來紡制10#段彩紗。

表9 3色段彩紗牽伸比

表10 5色段彩紗牽伸比

表11 7色段彩紗牽伸比

表12 11色段彩紗牽伸比

3.5 段彩紗織物展示

用16 G 宏成 HC21K 型緯編圓機(jī)(無錫市宏成紡織機(jī)械電子有限公司)對上述段彩紗進(jìn)行上機(jī)織造，織物如圖5～8所示，在此次紡紗和織造過程中，首先根據(jù)色譜選擇相應(yīng)的顏色，然后設(shè)定不同的混紡比，可得到不同外觀的段彩紗織物。在紡紗過程中，由于顏色的選擇會直接導(dǎo)致布面條紋效果不明顯，為避免這種問題，應(yīng)盡量選擇色差較大的顏色，這樣可更好地顯示段彩織物的外觀效果。

圖5 3色段彩紗織物

圖6 5色段彩紗織物

圖7 7色段彩紗織物

圖8 11色段彩紗織物

4 結(jié)束語

本文采用了三通道環(huán)錠細(xì)紗機(jī)，以紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、黑、白為基礎(chǔ)色，構(gòu)建了一套色譜體系。接著從色譜體系中選擇合適的顏色來進(jìn)行段彩紗的設(shè)計，并進(jìn)行上機(jī)實驗。實驗結(jié)果表明，這種設(shè)計方法所設(shè)計的紗線品種多樣，適合工廠大批量、多品種和連續(xù)化的生產(chǎn)，同時也為段彩紗的設(shè)計提供了一種新的思路與方法，具有較好的實用性。