轉(zhuǎn)杯紡交替式段彩紗的成紗機(jī)理及性能研究

曹雄風(fēng)，江 慧，張玉澤，汪 軍

(東華大學(xué)，上海 201620)

0 引言

隨著現(xiàn)代紡織工業(yè)科技的不斷發(fā)展，以及物質(zhì)生活水平的大幅改善，人們對(duì)紡織品提出多樣化、個(gè)性化、功能化及綠色環(huán)保等多種需求。段彩紗色彩分段變化，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，制作的服裝色彩豐富且具有鮮明的外觀效果，在市場(chǎng)上越來(lái)越受歡迎[1]。根據(jù)喂入方式，段彩紗可分為主輔式和交替式2種[2]。主輔式段彩紗技術(shù)即主粗紗持續(xù)喂入，輔粗紗(又稱飾粗紗)間歇喂入，紗線沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生粗細(xì)、顏色變化；交替式段彩紗技術(shù)即2根粗紗不分主輔、交替喂入，這種方式所紡的段彩紗是真正意義上的段彩紗，命名為交替式段彩紗。

目前，市場(chǎng)上的交替式段彩紗多在改造的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制。江南大學(xué)的郭明瑞等人研發(fā)出兩通道差動(dòng)牽伸環(huán)錠紡，實(shí)現(xiàn)了兩組分交替紗的紡制，但是共組分粗紗停止喂給后所處位置不穩(wěn)定，且難以保證重新喂入的粗紗精確搭接，易斷頭或產(chǎn)生粗節(jié)[3]。筆者基于轉(zhuǎn)杯紡雙分梳紡紗技術(shù)，在轉(zhuǎn)杯紡上紡制交替式段彩紗，以分析交替式段彩紗成紗原理，并研究影響過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度和強(qiáng)度的因素。

1 轉(zhuǎn)杯紡交替式段彩紗的成紗機(jī)理

1.1 紡紗試驗(yàn)機(jī)

試驗(yàn)設(shè)備為雙分梳轉(zhuǎn)杯紡單頭試驗(yàn)機(jī)，該機(jī)有2個(gè)輸纖通道和2套喂給分梳裝置，其成紗系統(tǒng)如圖1所示。在由張玉澤設(shè)計(jì)出雙喂給雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)構(gòu)[4]基礎(chǔ)上，惠林濤設(shè)計(jì)增加一喂給羅拉軸和一分梳輥傳動(dòng)龍帶，經(jīng)過(guò)不斷改造和優(yōu)化，能獨(dú)立、靈活控制2個(gè)通道的喂給和分梳[5]。

1—紡紗器底座；2—右分梳輥；3—右喂給板；4—右喂給羅拉；5—左喂給羅拉；6—左喂給板；7—左分梳輥；8—左輸纖通道；9—假捻盤(pán)；10—負(fù)壓腔；11—轉(zhuǎn)杯；12—吸風(fēng)口；13—轉(zhuǎn)杯座；14—右輸纖通道。圖1 雙分梳轉(zhuǎn)杯紡成紗系統(tǒng)

1.2 紡紗原理

左、右2個(gè)喂給羅拉和分梳輥通過(guò)可編程控制器、觸摸屏、高性能伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的協(xié)同配合，完成2根條子的獨(dú)立喂給、分梳。在雙分梳轉(zhuǎn)杯紡單頭試驗(yàn)機(jī)的控制面板上，通過(guò)設(shè)置混紡比控制2根條子的喂入速度。當(dāng)混紡比為100∶0時(shí)，左喂給羅拉持續(xù)喂入，右喂給羅拉則靜止不動(dòng)；當(dāng)混紡比為0∶100時(shí)，左喂給羅拉靜止不動(dòng)，右喂給羅拉持續(xù)喂入；設(shè)置節(jié)長(zhǎng)(即輸出的紗線長(zhǎng)度控制喂給羅拉的喂入時(shí)間為1 m)。開(kāi)始時(shí)左喂給羅拉持續(xù)喂入A條子，右喂給羅拉靜止不動(dòng)，形成一段A色紗線；當(dāng)紗線達(dá)到1 m時(shí)，左喂給羅拉停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右喂給羅拉開(kāi)始喂入B條子，形成1 m長(zhǎng)的B色紗線，由于轉(zhuǎn)杯凝聚槽內(nèi)存在A色纖維，會(huì)與后進(jìn)入的B色纖維在轉(zhuǎn)杯高速回轉(zhuǎn)的作用下凝聚加捻形成一段過(guò)渡段AB紗線，如此交替喂入，紡出交替式段彩紗，其外觀見(jiàn)圖2。轉(zhuǎn)杯紡是由羅拉喂入纖維，無(wú)需像環(huán)錠紡控制粗紗的斷裂和精確搭接，操作更簡(jiǎn)單，且過(guò)渡段紗線無(wú)粗細(xì)變化，所以是等線密度段彩紗[6-8]。

圖2 轉(zhuǎn)杯紡交替式段彩紗示意

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇定量為22.9 g/(5 m)的黑色粘膠條子和定量為22.6 g/(5 m)白色粘膠條子，左通道喂入黑色粘膠，右通道喂入白色粘膠，在雙分梳轉(zhuǎn)杯紡單頭試驗(yàn)機(jī)上紡制線密度為50 tex的紗線。為探究過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的變化和轉(zhuǎn)杯直徑對(duì)其過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的影響[9]，設(shè)計(jì)的具體方案如表1所示；為探究不同工藝參數(shù)對(duì)過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度影響設(shè)計(jì)的具體方案如表2所示。

表1 轉(zhuǎn)杯直徑對(duì)過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的影響

2.2 外觀和性能測(cè)試

2.2.1紗線外觀圖像采集。筆者使用高清攝影儀連續(xù)拍攝紗線圖像，判斷圖像中紗線片段屬于白色粘膠、黑色粘膠片段和過(guò)渡段。

2.2.2過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的分析方法。隨機(jī)從紗線某處開(kāi)始量取，連續(xù)記下過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度，得到50個(gè)數(shù)據(jù)，作出頻率直方圖，分析紗線長(zhǎng)度變化大小和分布狀態(tài)，同時(shí)得到紗線平均長(zhǎng)度和中位數(shù)，總體分析轉(zhuǎn)杯直徑對(duì)過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的影響。

表2 不同工藝參數(shù)對(duì)過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度影響

2.2.3紗線強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)所紡紗線進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，即將紗線置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡24 h。在XL-1A型紗線強(qiáng)伸度儀上，采用等速伸長(zhǎng)模式測(cè)試各紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，測(cè)試速度為500mm/min，預(yù)加張力為25 cN，每次測(cè)試長(zhǎng)度是500 mm，每種紗線測(cè)試20次，取其均值。

3 結(jié)果分析

3.1 紗線外觀

圖3是采集到的轉(zhuǎn)杯紡交替式段彩紗片段外觀圖像。其中，圖3a)、圖3c)分別是純紡段黑色和白色粘膠；圖3b)是過(guò)渡段紗線，可以觀察到其顏色大致由黑到白逐漸過(guò)渡。這是由于過(guò)渡段是2種顏色的纖維在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯里凝聚、充分混合，紗線呈花灰色，外觀顏色更符合混色效應(yīng)。

a) 黑色粘膠

b) 過(guò)渡段紗線

c) 白色粘膠圖3 紗線片段的外觀圖像

3.2 過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度

圖4是不同轉(zhuǎn)杯直徑下過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布頻率直方圖，直方圖中2條虛線表示轉(zhuǎn)杯周長(zhǎng)的1倍長(zhǎng)度和2倍長(zhǎng)度，觀察發(fā)現(xiàn)每根紗線中過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，且絕大部分集中在轉(zhuǎn)杯周長(zhǎng)的1倍～2倍長(zhǎng)度。

a) 轉(zhuǎn)杯直徑為43 mm(A1組)

b) 轉(zhuǎn)杯直徑為48 mm(A2組)

c) 轉(zhuǎn)杯直徑為58 mm(A3組)圖4 不同轉(zhuǎn)杯直徑下過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布頻率直方圖

從圖4 可以看出，A1組過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布范圍為16 cm～26 cm，集中分布在18 cm～24 cm，平均長(zhǎng)度為21.97 cm；A2組過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布范圍為16 cm～32 cm，集中分布在20 cm～26 cm，平均長(zhǎng)度為23.23 cm；A3組過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度分布范圍為20 cm～34 cm，集中分布在22 cm～28 cm，平均長(zhǎng)度為25.76 cm。

表3匯總了過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的主要特征參數(shù)。從比較的結(jié)果可以得出，轉(zhuǎn)杯直徑越大，過(guò)渡段紗線越長(zhǎng)，這是由于喂入交替時(shí)前喂入的纖維會(huì)殘留一部分分布在凝聚槽一周，轉(zhuǎn)杯直徑越大，周長(zhǎng)越大，與后喂入的纖維混合長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

表3 過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度的主要特征參數(shù)

3.3 過(guò)渡段紗線強(qiáng)度

3.3.1 捻度對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

捻度對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖5。

圖5 捻度對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

從圖5可以看出，紗線斷裂強(qiáng)度隨捻度增加先增大后減小。這是因?yàn)殡S著捻度的增加，纖維間的摩擦阻力增大，紗線斷裂強(qiáng)力在一定捻度范圍內(nèi)會(huì)逐漸增加；當(dāng)達(dá)到臨界捻度后，捻度增加會(huì)增大須條內(nèi)外層纖維應(yīng)力分布不勻，加劇纖維斷裂的不同時(shí)性，致使紗線斷裂強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

3.3.2 轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖6。

從圖6可以看出，紗線斷裂強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速增加先增大后減小。這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速提高，纖維伸直度有所提高，紗體包纏的緊密度增強(qiáng)，使纖維間的抱合力增加，從而在一定程度上增強(qiáng)紗線的強(qiáng)力。但轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速過(guò)高，單位時(shí)間內(nèi)喂入的纖維量增大，分梳效果減弱，纖維伸直度和分離度都較差，造成纖維之間的抱合力降低，因而單紗斷裂強(qiáng)力降低。

3.3.3 分梳輥轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

分梳輥轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖7。

圖6 轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

圖7 分梳輥轉(zhuǎn)速對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響

從圖7可以看出，紗線斷裂強(qiáng)度隨分梳輥轉(zhuǎn)速增加先增大后減小。這是因?yàn)榉质彷佫D(zhuǎn)速提高，對(duì)纖維的梳理作用增強(qiáng)，纖維的分離度和伸直平行度變好，提高了紗線的斷裂強(qiáng)度。但分梳輥轉(zhuǎn)速過(guò)高，對(duì)纖維的分梳作用過(guò)強(qiáng)，使纖維受損，短纖維數(shù)量增多，從而使紗線的斷裂強(qiáng)度變小。

分析圖5～圖7，可以看到過(guò)渡段紗線斷裂強(qiáng)度小于黑色粘膠和白色粘膠斷裂強(qiáng)度，是紗線片段中強(qiáng)度最弱的位置。這可能是由于2種纖維的長(zhǎng)度、強(qiáng)度有差異，以及每段截面中混紡比不同，使過(guò)渡段紗線強(qiáng)度比2種純紡粘膠片段的斷裂強(qiáng)度都小。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1交替式段彩紗紗線無(wú)粗細(xì)變化，是真正意義上的段彩紗；通過(guò)雙分梳轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)交替喂入2種顏色條子，可實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上紡交替式段彩紗；通過(guò)圖像采集技術(shù)，發(fā)現(xiàn)交替式段彩紗紗線的過(guò)渡段外觀大致呈由黑到白逐漸過(guò)渡的漸變色，具有特殊的深淺外觀變化。

4.2試驗(yàn)結(jié)果表明：① 每根紗線的過(guò)渡段長(zhǎng)度隨機(jī)變化，絕大部分長(zhǎng)度分布在轉(zhuǎn)杯周長(zhǎng)的1倍～2倍；過(guò)渡段紗線長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)杯直徑有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)杯直徑的增加，整體上過(guò)渡段長(zhǎng)度變大；②通過(guò)分析捻度、

轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速和分梳輥轉(zhuǎn)速對(duì)過(guò)渡段紗線強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)過(guò)渡段紗線斷裂強(qiáng)度小于純紡段黑色粘膠和白色粘膠的斷裂強(qiáng)度，是紗線片段中強(qiáng)度最弱的位置；③ 通過(guò)單因素試驗(yàn)得出，過(guò)渡段紗線斷裂強(qiáng)度隨著捻度的增加先增大，達(dá)到臨界捻度后減小；隨轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速的增加，先增大后減?。浑S分梳輥轉(zhuǎn)速的增加先增大，轉(zhuǎn)速過(guò)高、纖維的損傷增加時(shí)開(kāi)始減小。

4.3可利用該紡紗技術(shù)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)杯紡交替式花式紗產(chǎn)品。如：連續(xù)改變混紡比紡制漸變紗；通過(guò)超喂紡制雙色交替竹節(jié)紗；利用2種纖維的染色性能、熱收縮性能的差異開(kāi)發(fā)出顏色和結(jié)構(gòu)呈交替式變化的轉(zhuǎn)杯花式紗等。