轉(zhuǎn)杯紡混色紗線橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移的分布規(guī)律分析

童藝翾 ，周麗娜，徐舒曼，易洪雷，陳偉雄，史晶晶

（1.嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興　314001；2.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海　201620）

隨著社會進(jìn)步與人民生活水平的提高，消費(fèi)者需求日趨多樣化與個(gè)性化，具有豐富外觀顏色、別致紗線結(jié)構(gòu)與獨(dú)特風(fēng)格表現(xiàn)力的花式（色）紗線吸引了眾多消費(fèi)者的關(guān)注，并在機(jī)織，針織領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。

混色紗是一種在紗線橫截面上由不同的顏色纖維混合而制得的花色紗線。纖維混色的目的在于制取用紗線或織物染色所不能獲得的新奇色彩與使用性能的紗線和織物[2]。多組分纖維混和紡紗，可以充分發(fā)揮各組分纖維的優(yōu)點(diǎn)，滿足消費(fèi)者對于舒適、美觀、時(shí)尚的需求[3]，因此深受消費(fèi)者的喜愛。

利用轉(zhuǎn)杯紡開發(fā)混色紗，可克服傳統(tǒng)環(huán)錠紡沿紗條長度方向上混色不勻、條干不勻的缺陷，且轉(zhuǎn)杯紡工序流程短，有利于提高生產(chǎn)效率與改善紡紗生產(chǎn)環(huán)境[4]。本文通過對轉(zhuǎn)杯紡混色紗橫截面纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)的測定，找出影響混色紗混色效果的影響因素，并通過這些因素的控制，實(shí)現(xiàn)混色紗混色效果的可控。

1　轉(zhuǎn)杯紡混色成紗原理

如圖1所示。采用一種新的轉(zhuǎn)杯紡混色成紗方法，其原理是在普通轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上采用兩個(gè)組合式喂入羅拉，分別控制兩組纖維須條以不同或相同的速度喂入到分梳區(qū)，在分梳區(qū)中，被分梳輥分解、梳理后的單纖維從分梳輥上脫離，隨氣流通過輸送管進(jìn)入紡杯，氣流從紡杯排氣孔中排出，纖維沿杯壁斜面滑移至凝聚槽內(nèi)，在凝聚槽中經(jīng)凝聚、混合形成同向排列的纖維須條，引紗從引紗管吸入后被甩至凝聚槽，與已凝聚的須條相接觸，隨著紡杯的回轉(zhuǎn)加捻，引紗與須條搭接在一起，隨引紗的輸出，須條從凝聚槽內(nèi)剝離，引紗的捻度被傳遞給須條，形成轉(zhuǎn)杯紗[5]。該方法在保持紡紗過程中轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速、分梳轉(zhuǎn)速、輸出速度不變的情況下，可通過改變組合式喂入羅拉中單個(gè)羅拉速度，在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上實(shí)現(xiàn)喂入顏色不同的纖維條、或是組份不同的纖維，并做到在紗線的橫截面及長度方向上均有短片段不同的顏色組合，又保持較好的紗線條干均勻度。轉(zhuǎn)杯紡生產(chǎn)技術(shù)可以改善紗線中色纖維的混色效果，可用于生產(chǎn)段彩混色紗或混纖紗。

圖1　轉(zhuǎn)杯紡混色紗的成紗方法

2　實(shí)驗(yàn)原材料與實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)原料為棉粗紗（一種為藍(lán)色，粗紗定量為7.600 g/10 m，一種為紅色，粗紗定量為7.486 g/10 m）。實(shí)驗(yàn)用主要儀器設(shè)備見表1所示。

表1　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

2.1　實(shí)驗(yàn)安排

采用線密度、顏色不同的兩根纖維條（粗紗）在同一喂入鉗口以不同的喂入速度（不同的喂入距離）分別送入轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)，經(jīng)開松、梳理、混合、凝聚與加捻，制成不同混紡比的轉(zhuǎn)杯混色紗線，所紡得的紗線橫截面內(nèi)有兩根顏色的纖維構(gòu)成。通過纖維切片法來研究混紡后的混色效果及規(guī)律，采用漢密爾頓指數(shù)法分析不同顏色的纖維在橫截面內(nèi)的分布規(guī)律。

2.1.1混紡比

在紗線紡制的過程中，調(diào)整組合羅拉中兩組喂入羅拉的喂入速度，實(shí)現(xiàn)紡制不同混紡比的混色紗線。采用單一變量法，在保持轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)其他的參數(shù)設(shè)置不變的條件下，通過改變紅藍(lán)兩種色紗的混紡比例，分析混紡比對紗線橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移規(guī)律的影響。兩種粗紗混紡比設(shè)置見表2所示。

表2　紅、藍(lán)棉粗紗混紡比設(shè)置

2.1.2喇叭口距離

根據(jù)兩種有色粗紗50∶50的混紡比計(jì)算喂入速度，并進(jìn)行試紡。在其他參數(shù)不變的情況下，通過改變喂入喇叭口的距離，分析喇叭口距離對紗線橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移規(guī)律的影響，各混紡比的設(shè)置情況見表3。

表3　紅、藍(lán)粗紗喇叭口距離設(shè)置

2.2　混色紗纖維橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移測試方法

（1）制作切片：利用哈氏切片器制作樣品切片，在顯微鏡上攝取混色紗的圖像，篩選出對比度最好的照片，經(jīng)處理后保存圖片纖維。

（2）分布頻數(shù)統(tǒng)計(jì)和體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算：根據(jù)紗截面切片的顯微鏡圖像，先選定紗心，或先畫紗的外輪廓線，通常以圓為紗的邊界。然后以半徑五等分作外輪廓線的相似形線，若取圓則作5個(gè)同心圓，見圖2所示。

圖2　纖維截面同心圓示意圖

在統(tǒng)計(jì)每一層圓環(huán)各纖維組分的根數(shù)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)一根纖維同時(shí)分布在兩個(gè)圓環(huán)區(qū)域中，這就對纖維位置的劃分帶來了困難。因此，采用如下方法：以纖維截面的1/2為界，大于1/2的以1計(jì)數(shù)，反之，則以0計(jì)數(shù)；若相鄰圓環(huán)中各含1/2的橫截面積，則每一層纖維根數(shù)各加1/2[7]。為了使測試 數(shù)據(jù)結(jié)果更加準(zhǔn)確，每種混紡比紗樣各做5個(gè)切片，分別統(tǒng)計(jì)每層圓環(huán)中纖維組分的根數(shù)，取其平均值，作為各層纖維的頻數(shù)分布。

在本次實(shí)驗(yàn)中選取的均為棉纖維，但由于紅、藍(lán)兩色棉纖維的線密度不同，其截面積不等，為此將每層纖維根數(shù)之比換算成橫截面之比。設(shè)T紅、T藍(lán)分別為紅色棉纖維與藍(lán)色棉纖維的線密度（dtex），ρ紅、ρ藍(lán)分別為紅色棉纖維與藍(lán)色棉纖維的體積質(zhì)量，兩者相等，則紅、藍(lán)棉纖維的相對體積分?jǐn)?shù)CT=T藍(lán)/T紅。

（3）纖維體積分布矩和漢密爾頓指數(shù)的計(jì)算：紅色纖維實(shí)際面積分布一次矩FMA，采用如下公式[8]：

設(shè)纖維在紗截面中各層按比例均勻分布，計(jì)算紅色纖維的均勻分布一次矩FMU，采用如下公式：

式中，A為紅色纖維的總面積∑Ai，ti=Ai+Bi即各層中紅、藍(lán)纖維面積；T=∑ti。

若FMU＞FMA，則紅色纖維優(yōu)先向內(nèi)分布，計(jì)算A纖維的最大向內(nèi)分布一次矩FMI。即將所有紅色纖維的截面積依次填入第一層，多余的填入第二層，……，直至填完。然后計(jì)算FMI；若FMU

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1　混紡比對轉(zhuǎn)杯紡混色紗橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移的影響

不同纖維混紡比的纖維徑向分布圖表如表4所示。

表4　不同喇叭口距離下纖維徑向分布示意圖

藍(lán)色棉纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)計(jì)算的步驟同紅色棉纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5　纖維平均轉(zhuǎn)移指數(shù)

續(xù)表5

從表4紗線橫截面照片及表5計(jì)算結(jié)果可見，在轉(zhuǎn)杯紡混色紗中，紅、藍(lán)兩色棉纖維在紗線截面上的分布與其混紡比有密切關(guān)系。隨著混紡比例的不同，紗線的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度不一致，紅色棉纖維的含量越高，其向內(nèi)轉(zhuǎn)移指數(shù)越大，有明顯的集束現(xiàn)象。而藍(lán)色棉纖維與紅色棉纖維的現(xiàn)象相反，藍(lán)色棉纖維優(yōu)先向內(nèi)轉(zhuǎn)移，包覆在紗線的芯層，且隨著混紡比例的增大，藍(lán)色棉纖維的含量越少，其向外轉(zhuǎn)移指數(shù)越大。總體紗線內(nèi)外層纖維的堆砌密度呈現(xiàn)內(nèi)緊外松的現(xiàn)象。

3.2　不同喇叭口對轉(zhuǎn)杯紡混色紗橫截面內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移的影響

不同喇叭口距離纖維徑向分布圖表如表6所示。

表6　不同喇叭口距離下纖維徑向分布示意圖

藍(lán)色棉纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)計(jì)算的步驟同紅色棉纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7　纖維平均轉(zhuǎn)移指數(shù)

從表6紗線橫截面照片及表7計(jì)算結(jié)果可見，當(dāng)喇叭口距離較小時(shí)，藍(lán)色棉纖維優(yōu)先向外轉(zhuǎn)移，紅色棉纖維包覆在紗線外層。隨著喇叭口距離的增大，紗線的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化：藍(lán)色棉纖維開始優(yōu)先向內(nèi)轉(zhuǎn)移，包覆在紗線的芯層，且隨著喇叭口距離的增大，其向內(nèi)轉(zhuǎn)移指數(shù)逐漸增大。

4　結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)杯紡混色紗中，紅、藍(lán)兩色棉纖維在紗線截面上的分布與其混紡比有密切關(guān)系。隨著混紡比例的不同，紗線的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度不一致，紅色棉纖維的含量越高，其向內(nèi)轉(zhuǎn)移指數(shù)越大，有明顯的集束現(xiàn)象；

（2）纖維在轉(zhuǎn)杯混色紗中所占比例越小，纖維分布在外層的幾率越大。當(dāng)轉(zhuǎn)杯混色紗組分含量改變時(shí)，紡紗過程中兩顏色組分纖維受到的作用力改變，纖維轉(zhuǎn)移規(guī)律也將隨之改變。在纖維混紡比為50:50時(shí)，兩種纖維基本按原混紡比均勻分布；

（3）當(dāng)喇叭口距離較小時(shí)，藍(lán)色棉纖維優(yōu)先向外轉(zhuǎn)移，紅色棉纖維包覆在紗線外層。隨著喇叭口距離的增大，紗線的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化：藍(lán)色棉纖維開始優(yōu)先向內(nèi)轉(zhuǎn)移，包覆在紗線的芯層，且隨著喇叭口距離的增大，其向內(nèi)轉(zhuǎn)移指數(shù)逐漸增大；

（4）喇叭口距離越小纖維分布相對就越均勻，在喇叭口最近的時(shí)候，兩種有色纖維呈較均勻分布。

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