竹節紗粗細節形成機制及其紡紗工藝比較

趙洋洋， 薛 元， 劉曰興， 張國清

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

花式紗線主要表現為結構中的顏色或形式的不規則性。竹節紗作為花式紗線的一種,具有很好的可設計性和品種多樣性，如可使機織或針織織物具有自然但不規則的外觀[1]。在新面料的設計與開發中得以廣泛應用[2]。三通道數碼紡紗通過可編程協調控制器(PLC)協調控制與七軸聯動系統的伺服驅動，在環錠細紗機上實現了紡紗與混色雙功能[3]，為竹節紗的生產開發提供了新的紡紗平臺。

本文依據紡制竹節的喂入粗紗根數、牽伸機構組成、羅拉變速方式、牽伸比調控方式對5種竹節紗裝置進行分類，對裝置的結構、成紗工藝進行對比總結，并對成紗品種進行了分析。

1 竹節紗及其成紗裝置的分類

在紗線長度方向上呈隨機或規律性排列的若干粗節或細節的紗線稱為竹節紗[4]。表達竹節紗形態結構的參數包括：細節線密度、粗節線密度、粗節長度、粗節間距。按竹節紗的形態特征分為規律分布竹節紗、隨機分布竹節紗；按竹節紗色彩效果分為單色竹節紗、多彩竹節紗(彩節紗、彩段竹節紗、漸變竹節紗)。

竹節裝置是通過牽伸倍率的變化或多通道喂入不連續粗紗形成竹節的一種裝置。隨著竹節紗裝置技術的進步，竹節紗的花色類型也在不斷增多[5]。根據竹節紗裝置變速系統的不同，分為變前羅拉速度，變中、后羅拉速度，變后羅拉速度；根據竹節紗裝置驅動系統的不同，分為離合器式、步進電動機式、伺服電動機式；根據竹節紗裝置的粗紗喂入方式不同，分為單通道后喂入式，單通道中、后喂入式，雙通道中、后喂入式，多通道后喂入式。

2 竹節紗紡紗機制

根據紡制竹節紗時喂入粗紗根數、牽伸機構、羅拉變速方式、牽伸比調控方式的不同將已公開的文獻及專利中生產竹節紗的裝置分為單通道后羅拉喂入式、單通道中后羅拉喂入式、雙通道中后羅拉喂入式、雙通道后羅拉喂入式、三通道后羅拉喂入式，本文分別對5種竹節紗裝置產生粗細節的機制進行分析。

設成紗線密度為ρy(t)，細節線密度為ρy，粗節線密度為ρy+Δρy，Δρy為粗節相對細節線密度的增量，紡制時間為tj，細節長度為lx，粗節長度為lc，后、中、前羅拉表面線速度分別為vh、vz、vq，紡制粗節時后、中、前羅拉表面線速度相對于紡制細節時的變化量為Δvh、Δvz、Δvq，i通道后羅拉表面線速度為vhi，i通道對應喂入的粗紗線密度為ρi，后區牽伸倍數為eh，前區牽伸倍數為eq，竹節倍率為σ。其中：ρy(t)、ρy、Δρy、ρi單位為tex;tj單位為s；lx、lc單位為cm；vh、vz、vq、Δvh、Δvz、Δvq、vhi單位為m/min。

2.1 單通道后羅拉喂入式竹節紗裝置

圖1示出單通道后羅拉喂入竹節紗裝置。該裝置由主電動機驅動主軸，主軸通過齒輪箱分3路分別驅動前、中、后羅拉運動完成對粗紗的牽伸，通過分別改變羅拉運動速度紡制竹節紗。

圖1 單通道后羅拉喂入竹節紗裝置Fig.1 Slub yarn device for rovings fed from back roller in single channel. (a) Side view;(b) Elevation view

根據牽伸羅拉不同變速方式有以下3種形成竹節紗的方法：1)前羅拉速度不變，中、后羅拉同步變速；2)前、中羅拉速度不變，后羅拉變速；3)前羅拉變速，中、后羅拉速度不變。其中第3種方式在竹節紗紡制過程中前羅拉頻繁變速，導致紡紗張力及紗線捻度難以控制，目前很少采用，一般采用前2種方式。

2.2 單通道中后羅拉喂入式竹節紗裝置

圖2示出單通道中后羅拉喂入竹節紗裝置。該裝置使用一個電動機驅動中、前羅拉使其以恒定牽伸比勻速轉動，將一路粗紗連續穩定地由中羅拉喂入前區經牽伸成為竹節紗的細節；使用另一個電動機驅動后羅拉使其以忽停忽轉的方式保持變速運動，將另一路粗紗由后羅拉斷續式喂入牽伸區經后區牽伸后在前區與另一路須條匯合，2路須條在前牽伸區經牽伸混合后經加捻形成竹節紗的粗節[6]。

圖2 單通道中后羅拉喂入竹節紗裝置Fig.2 Slub yarn device for rovings fed from middle and back rollers respectively in single channel.(a) Side view; (b) Elevation view

圖2中粗紗1由后羅拉斷續式喂入，粗紗2由中羅拉連續且勻速喂入，紡制竹節紗的線密度為

ρy(t)=(Δvhρ1+vzρ2)/vq

(4)

如果ρ1=ρ2，則竹節倍率為σ=1+Δvh/vz。說明竹節倍率取決于后羅拉速度的變化。紡制細節t1時間內，Δρy=0，vz=0，細節線密度為vzρ2/vq，細節長度lx=vqt1；紡制粗節t2時間內，Δρy≠0，粗節線密度為(Δvhρ1+vzρ2)/vq，粗節長度lc=vqt2。當后、中羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時，2種色彩在粗節部分的混紡比為Δvhρ1：vzρ2。

2.3 雙通道中后羅拉喂入式竹節紗裝置

圖3示出雙通道中后羅拉式機構組成。該竹節紗裝置采用雙列皮圈，其中一列由后羅拉引至前羅拉，一列由中羅拉引至前羅拉，通過分別驅動中羅拉與后羅拉運動或停止帶動中間皮圈和后皮圈運動或停止，改變2種粗紗的牽伸比紡制竹節紗[7]。

圖3 雙通道中后羅拉喂入竹節紗裝置Fig.3 Slub yarn device for rovings fed from middle and back rollers respectively in dual channels. (a) Side view; (b) Elevation view

由中后羅拉帶動雙列皮圈紡制竹節紗的線密度為

ρy(t)=(vhρ1+vzρ2)/vq

(5)

根據中、后羅拉喂入方式的不同可按以下2種方式形成竹節紗。

1)粗紗1連續喂入，粗紗2間歇喂入。此時：

ρy(t)=(vhρ1+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq

(6)

2)粗紗2連續喂入，粗紗1間歇喂入。此時：

ρy(t)=(vzρ2+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq

(7)

上述2種方式中，如果ρ1=ρ2，則竹節倍率為σ=1+(Δvh+Δvz)/vh或σ=1+(Δvh+Δvz)/vz。說明竹節倍率取決于中、后羅拉速度的變化。

紡制細節t1時間內， Δρy=0，vz=0或vh=0，細節線密度為vhρ1/vq或vzρ2/vq，細節長度lx=vqt1；紡制粗節t2時間內，Δρy≠0，粗節線密度為(vhρ1+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq或(vzρ2+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq，粗節長度lc=vqt2。當后、中羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時，2種色彩在粗節部分的混紡比為(vh+Δvh)ρ1：Δvzρ2或vhρ1：(vz+Δvz)ρ2。

2.4 雙通道后羅拉喂入式竹節紗裝置

圖4示出雙通道后羅拉式機構組成。該種竹節紗裝置采用2個組合式后羅拉和單列皮圈，2個后羅拉相互獨立運動，對喂入的2根粗紗實施耦合牽伸紡制混紡比與線密度在線變化的紗線[8]。通過調控混紡比與線密度的變化實現紗線粗細及色彩的變化，紡制竹節紗[9-11]。

圖4 雙通道后羅拉喂入竹節紗裝置Fig.4 Slub yarn device for rovings fed from back rollers in dual channels. (a) Side view; (b) Elevation view

由雙后羅拉喂入雙粗紗紡制竹節紗的線密度為

ρy(t)=(vh1ρ1+vh2ρ2)/vq

(8)

根據后羅拉運動方式的不同按以下3種方式形成竹節紗。

1)粗紗1間歇喂入，粗紗2連續喂入。此時：

ρy(t)=(vh2ρ2+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(9)

2)粗紗2間歇喂入，粗紗1連續喂入。此時：

ρy(t)=(vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(10)

在上述2種方式中，如果ρ1=ρ2，則竹節倍率σ=1+(Δvh1+Δvh2)/vh2或σ=1+(Δvh1+Δvh2)/vh1；說明竹節倍率取決于2個后羅拉速度的變化。在紡制細節t1時間內，Δρy=0，細節線密度為vh2ρ2/vq或vh1ρ1/vq，細節長度為lx=vqt1；在紡制粗節t2時間內，Δρy≠0，粗節線密度為(vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq，粗節長度lc=vqt2。當2個后羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時，2種色彩在粗節部分的混紡比為vh1ρ1：vh2ρ2。

3)粗紗1、粗紗2同步變速喂入。此時：

ρy(t)=(vh2ρ2+vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(11)

如果ρ1=ρ2，則竹節倍率σ=1+(Δvh1+Δvh2)/(vh1+vh2)。說明竹節倍率取決于2個后羅拉的速度變化。在紡制細節t1時間內，Δρy=0，細節線密度為(vh2ρ2+vh1ρ1)/vq，細節長度lx=vqt1；在紡制粗節t2時間內，Δρy≠0，粗節線密度為(vh2ρ2+vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq，粗節長度lc=vq×t2。當2個后羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時，2種色彩在粗節部分的混紡比為(Δvh1+vh1)ρ1：(Δvh2+vh2)ρ2。

2.5 三通道后羅拉喂入式竹節紗裝置

圖5示出三通道后羅拉式機構組成。該竹節紗裝置采用3個組合式后羅拉和單列皮圈，3個后羅拉相互獨立運動，對喂入的3根粗紗實施耦合牽伸紡制混紡比與線密度在線變化的紗線。通過調控混紡比與線密度的變化實現紗線粗細及色彩的變化，紡制竹節紗。

三通道數碼紡有4種紡制竹節紗的方式：1)粗紗2連續喂入，粗紗1、粗紗3異步間歇喂入，形成細節部分為單一組分、粗節部分為雙組分的竹節紗；2)粗紗2連續喂入，粗紗1、粗紗3同步間歇式喂入，形成細節部分為單一組分、粗節部分為三組分的竹節紗；3)粗紗1、粗紗3連續喂入，粗紗2間歇喂入，形成細節部分為雙組分、粗節部分為三組分的竹節紗；4)粗紗1、粗紗2、粗紗3同步變速喂入，形成粗細節部分均為三組分的竹節紗。

3 不同竹節紗裝置紡制品種對比

為對比不同竹節紗裝置的紡紗特點，設竹節紗細節線密度為a，粗節線密度為ka，細節長度為l1，粗節長度為l2，由不同色彩(或原料)構成的粗紗1與粗紗2及粗紗3分別用M1、M2、M3表示，3種粗紗的混紡比為Ki(i=1，2，3)，則各裝置以不同方式紡制的竹節紗種類如表1所示。

表1 不同紡制方式的竹節紗參數Tab.1 Slub yarn parameters of different spinning methods

4 多彩竹節紗的設計及其制備

原料為精梳長絨棉，粗紗顏色分別為紅色、黃色和藍色，粗紗定量為5.0 g/(10 m)，紡紗設備為江南大學與經緯股份榆次分公司聯合研制的JWF1551三通道環錠數碼細紗機。

圖6示出4種配色彩節竹節紗外觀。細節段為黃色，彩節1紗線顏色配比為m(紅)∶m(黃)=50∶50，彩節2的配比為m(藍)∶m(黃)=50∶50，彩節3的配比為m(紅)∶m(黃)∶m(藍)=20∶40∶40，彩節4的配比為m(紅)∶m(藍)=50∶50。設細節線密度為19.4 tex，竹節倍率為2，粗節間距為18.8 cm，粗節長度為6.3 cm，捻系數為340，錠速為6 000 r/min。紡紗工藝如表2所示。

圖6 4種配色彩節竹節紗示意圖Fig.6 Four-color section of slub yarn

分段竹節 排列 線密度/tex總牽伸倍數紅色黃色藍色片段長度/cm1基紗19.43—25.8—18.82彩節138.8625.825.8—6.33基紗19.43—25.8—18.84彩節238.86—25.825.86.35基紗19.43—25.8—18.86彩節338.8664.332.232.26.37基紗19.43—25.8—18.88彩節438.8625.8—25.86.3

用VHX-5000數碼顯微鏡在100倍的放大倍數下觀測4種配色彩節紗的外觀結構，并將竹節紗1個完整周期內的細節部分和4種配色彩節部分羅列于圖7(a)中。將上述紗線在HC21K系列染色試驗編織機上進行編織，并用CanoScan 9000F Mark II電子掃描儀掃描針織物布面，結果如圖7(b)所示。

5 結 論

本文分析列舉了5種竹節紗紡紗裝置的組成及成紗特點：單通道后喂入方式僅能紡制由一種組分構成的竹節紗；單通道中后喂入方式能紡制由2種組分構成的竹節紗，但粗細節組分不能切換；雙通道中、后喂入紡制方式能紡制由2種組分構成的竹節紗且粗節和細節的組分可以切換；雙通道后喂入方式能紡制由2種組分構成的竹節紗，不但粗節和細節的組分可以切換，還可以精準控制2種組分的混紡比；三通道后喂入方式能紡制由3種組分構成的竹節紗，不但粗節和細節的組分可以切換，還可以精準控制3種組分的混紡比。由此可認為，采用多通道后羅拉喂入式數碼紡紗裝置紡制彩節紗，由于可方便地調控成紗線密度與混紡比，能更敏捷適應竹節紗多品種、小批量、快反應的市場變化，在竹節紗品種開發方面具有巨大優勢。

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