采用三通道數碼紡的色彩漸變紗性能

顧 燕， 薛 元， 高衛東， 楊瑞華， 郭明瑞(江南大學 生態紡織教育部重點實驗室， 江蘇 無錫 214122)

色彩沿著紗線長度方向產生連續漸變效果的紗線，稱為漸變色紗[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、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調制適當的明度向亮色發展為白色，向暗色發展為黑色形成明度漸變；純度漸變即以一種純色向無色彩的黑白灰漸變的過程[2-3]。

通過紗線段染技術和四色針梳機可生產色彩漸變紗。段染技術是采用分段染色工藝在紗線上形成多種色彩的分段分布，但由于段染工藝的不連續造成的低效率，段染過程染料的滲染程度、染色寬度、長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性與色彩的和諧性[4]。四色針梳機通過電腦控制，并合牽伸機構條子，通過調控不同色彩條子的喂入速度和時間生產色彩沿條子長度漸變的段彩條。由于針梳條經粗紗和細紗還要被牽伸十幾倍至幾百倍，導致四色針梳機生產漸變條具有非常大的漸變周期長度[5-6]。上述2種色彩漸變紗工藝無法滿足人們對漸變色彩多元化的需求。

本文基于三通道數碼環錠細紗機，將紅、黃、青3根粗紗分別喂入三通道耦合牽伸機構，通過數字化伺服系統調控各通道的牽伸比，來調控成型紗線中三色纖維的混紡比并使其實現梯度配比，使所紡紗線呈現出色彩漸變的效果，分析混色紡紗的成紗機制及紗線漸變模式設計，并探究色彩漸變紗線條干不勻率及斷裂強度等性能。

1 三通道數碼環錠紡混色紡紗機制

三通道數碼環錠紡紗機由3個獨立驅動的組合后羅拉分別與中羅拉、前羅拉構成3個獨立牽伸通道，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 三通道數碼紡紗機牽伸機構示意圖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，線密度分別為ρc、ρy、ρm。由伺服電動機獨立驅動的后羅拉1、2、3速度分別為Vhc、Vhy、Vhm，中羅拉線速度為Vz，前羅拉線速度為Vq，各通道的牽伸比Ec=Vq/Vhc、Ey=Vq/Vhy、Em=Vq/Vhm[7-8]。3根粗紗經各自通道獨立牽伸后在前羅拉鉗口匯合進入加捻區捻合成由品紅、黃、青等3色纖維構成的紗線，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通過三通道牽伸系統數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，其混紡比Km、Ky、Kc由3個通道的牽伸比決定。由于紗線的色彩取決于三基色纖維的混紡比，故通過數字化調控各通道牽伸比就可數字化調控紗線的混色色彩。

2 三通道數碼環錠紡漸變紗紡紗機制

三通道數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控成紗混紡比，按照同一規律分段變化，紡制線密度恒定、混紡比沿紗線長度方向規律分段變化的色彩漸變紗[9-10]。設色彩漸變紗的線密度為ρi，共有N段色彩且每段混紡比為Kci、Kmi、Kyi，每段長度為Li(i=1,2,…,N)，其各段分布規律為：(L1、ρ1、Kc1、Km1、Ky1)，(L2、ρ2、Kc2、Km2、Ky2)，……，(Li、ρi、Kci、Kmi、Kyi)。

則可通過在線調控三通道在各個時段的牽伸比，就可紡出在給定時段按照指定混紡比分布的色彩漸變紗。設前羅拉速度為Vq，各色段分段時間為ti，則各色彩漸變紗線密度、各色段長度、總牽伸倍數計算公式如下：

(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密度，tex；eci、emi、eyi分別為各分段3根粗紗的總牽伸倍數；ρy、ρm、ρc分別為3根粗紗的定量，g/10 m；ρyi、ρmi、ρci分別為3根粗紗經牽伸區牽伸后的成紗線密度。

3 三通道數碼環錠紡紗色彩漸變模式

3.1 色相漸變的色彩漸變紗

各色相在配色圓環上距離不同，形成各種色相間的對比，色彩漸變紗的相鄰色段一般選擇配色圓環中角度小于60°的相鄰色相，色彩對比和諧柔和，呈現出各色相緩慢過渡的效果，這類紗一般稱為色彩漸變紗。

若選擇一梯度，如按10%將品紅、黃、青進行混色，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。運用Photoshop軟件對混色紗色彩進行模擬仿真，可得到如圖2所示的66種色彩。其中，右下角的紅色色塊對應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色粗紗以100%的量喂入紡純青色形成線密度恒定的黃-青漸變段，最后青色粗紗喂入量逐漸遞減，同時紅色粗紗再次以一定的梯度喂入到紡純紅色，形成線密度恒定的青-紅漸變段，按三角色塊相鄰三邊上的色塊所對應的粗紗混紡比從紡品紅單色的紗段推移一個循環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循環。圖3示出品紅-黃-青按照10%梯度循環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

在紗線上不產生色相的變化，僅某一色相的明暗程度發生遞進變化的紗線稱為明度色彩漸變紗。在紡制明度色彩漸變紗時，在保持紗線線密度恒定的情況下，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實現純度的漸變，而在紡制線密度不變的純度色彩漸變紗過程中，則采用逐量喂入純色與黑色粗紗來改變紗線的鮮濁度。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 三通道數碼環錠紡色彩漸變紗實踐

4.1 實驗部分

4.1.1原料與設備

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

4.1.2色彩漸變紗的混紡比漸變規律設計

色彩漸變紗的色彩漸變是以紗線中CMY三基色纖維的混紡比沿長度方向的漸變分布來實現的。此時可選擇品紅-黃、品紅-青、青-黃等雙色漸變模式生產雙色色彩漸變紗，也可采用品紅-黃-青等三色漸變模式生產三色色彩漸變紗。如以品紅-黃-青三色為漸變模式且漸變梯度為10%，則可設計有30個分段組成的紅-黃-青三色色彩漸變紗，其各段三基色纖維混紡比見表2所示。該色彩漸變紗以30段漸變色為1個周期長度，每個段長為0.5 m，則其周期長度為15 m。

4.1.3色彩漸變紗各粗紗牽伸比

紡制色彩漸變紗過程中通過設置各分段長度內各單根粗紗的總牽伸倍數不同來實現各分段長度內的混紡比例變化，品紅-黃-青色彩漸變紗某一分段長度內單根粗紗的總牽伸倍數Ez的計算公式為

(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為設定紡制出來的紗線的線密度，tex；Wz為某一分段內其中一種組分的質量百分數，%。

品紅-黃-青三色色彩漸變紗各通道粗紗的總牽伸倍數如表3所示。

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

4.1.4測試儀器及方法

采用VHX-5000型超景深三維數碼顯微鏡拍攝紗線表面形態；采用YG068C型全自動單紗強力儀測試紗線強力，設定預加張力為0.5 cN/tex，隔距長度為500 mm，拉伸速度為500 m/min，測試10次，測試環境為溫度20 ℃，相對濕度為65%，測試前紗線在該條件下平衡24 h；采用YG135G型條干均勻度儀測試紗線條干不勻率，預設定測試速度為100 m/min，測試時間為2 min，測試長度為200 m，測試3次。

4.2 品紅-黃-青三色色彩漸變紗外觀形態

通過三通道數碼環錠細紗機對喂入3個通道的品紅、黃、青粗紗實施梯度牽伸，調控紗線中品紅、黃、青三色纖維混紡比的梯度配置，進而實現沿紗線長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-品紅三色循環色彩漸變紗外觀形態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CV值表示，結果見表4。可看出3種單色粗紗紡制的紗線條干不勻率趨于一致，說明紡色彩漸變紗的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，在后區牽伸的過程中，喂入比例量較小的粗紗所對應后區通道所受的后區牽伸倍數較大，使后區內須條中的纖維量減少，從而進入前區纖維須條線密度較小，纖維數量的減少使得纖維間摩擦力總和減少，纖維須條結構松散，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變速，從而使纖維頭端變速點分散，根據移距偏差理論，隨著牽伸倍數的增大，需合理控制纖維頭端變速點的范圍，否則會造成紗線條干不勻。因此在紡制混紡比較大的比例分段時，組分較小的粗紗所受牽伸倍數較大，從而易造成條干不勻。

表4 漸變紗線條干均勻度Tab.4 Evenness of gradient yarn

4.4 色彩漸變紗的拉伸力學性能分析

單色純紡紗及品紅-黃-青色彩漸變紗的斷裂強度如表5所示。

表5 單色及三色色彩漸變紗斷裂強度值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度值基本一致，其斷裂強度平均值分別為24.85、24.52、23.51 cN/tex，說明品紅、黃、青粗紗原料強力性能間沒有差異，而色彩漸變紗的斷裂強度與單色純紡紗相比，斷裂強度值較低，其斷裂平均值為20.47 cN/tex，且斷裂強度相對于單色純紡紗強度不勻率較大，斷裂伸長率降低，這是由于色彩漸變紗紡制過程中混紡比不斷變化，造成紗線條干的波動。當紡制混紡比較大的比例分段時，紗線條干較不勻，從而使該段紗線的捻度分布不勻，而影響該段紗線的斷裂強力，使該段斷裂強力稍低。

5 結 論

利用數碼紡紗機通過三通道紡色彩漸變紗的混色機制及對色段漸變模式的設計可梯度配比紡制兩色或三色以不同梯度變化的等線密度色彩漸變紗，并且實現了對色彩漸變紗上顏色分段長度、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。

通過對單色純紡紗及三色漸變紗進行性能測試認為，色彩漸變紗的斷裂強力相對于單色純紡紗稍低，強力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表面捻度不勻而影響紗線的斷裂強力，但實驗表明其綜合性能可滿足后道工序的生產織造。數碼紡生產色彩漸變紗的斷裂強度和條干不勻率可通過改善紡紗原料及在原有數碼紡機上加裝集聚紡裝置來達到優化的作用。

FZXB

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