針織物圖案變化與精準紡紗工藝的關系模型

董真真,李文雅,孟天玉,梁建行,任學勤

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安 710048)

基于一根自固結子線將圖案與面料合為一體編織成型是一種個性化發展的趨勢。采用自固結子線的結子部分構成針織物圖案的成型方式不僅改變了傳統織物圖案成形的方法、縮短了工藝流程,并且圖案風格獨特,具有立體效果[1-2]。陳少蘭[3]、杜霞等[4]在針織物圖案研究基礎上,分析結子線結子位置的分布與紡紗工藝參數之間的關系以及結子線的各段長度與布面圖案之間的關系,得到精確紡制結子線的工藝設計基礎,并織造出蝴蝶、寶相花、圣誕樹等6款較為復雜的針織物圖案。邱艷茹等[5]將定位圖案與機織物相結合,采用MatLab軟件系統實現從模板圖案快速轉換成紡紗工藝參數,并利用非剛性配準技術對形變織物圖案進行校準,降低人工計算成本,并織造出具有君子樹和蘑菇圖案的機織物。

本文在調節控制結子線紗線段長度織造出不同放大倍數精準圖案針織物的基礎上,建立圖案放大倍數與循環紗長、紡紗工藝參數之間的關系模型。在設定織物尺寸不變的條件下,將所設計的基礎圖案等比例橫向放大2、3倍,研究循環紗長、紡紗工藝參數的變化規律,以建立在圖案調節大小時快速確定不同大小圖案的針織物的循環紗長及各紗線段長度并確定紡紗工藝參數的模型,降低人工計算成本,減少圖案試織、工藝調整次數。

1 實 驗

1.1 實驗原料及設備

原料:實驗使用的自固結子線由芯紗和固紗構成,芯紗為白色棉紗(紗線線密度33.2 tex,冠杰紡織有限公司),固紗為黑色滌綸長絲(紗線線密度8.3 tex,諸暨市儀秋針織廠)。結子位置及大小可調控的自固結子線示意圖如圖1所示,灰色部分為芯紗,紅色、綠色以及黑色表示固紗在芯紗上來回3次包纏形成結子段,結子之間為平線段[6]。

圖1 結子線示意圖

設備:紡紗設備為配備了多功能電腦控制器的HFX-A01型空心錠花式紡紗機(蘇州市華飛紡織科技有限公司);織造設備為總針數96針的KU483圓筒針織機(機號為7針/(25.4 mm),無錫市振榮針紡機械有限公司)。

1.2 圖案設計

設定織物尺寸不變,設計的圖案一體成型針織物模擬圖如圖2所示,圖2(a)為基礎圖案設計針織物模型,圖案花寬3縱行,花高10橫列,其相距的寬度h為14個縱行。圖2(b)(c)是在保持矩形間距h不變的基礎上,分別將基礎圖案橫向等比例向兩側放大2、3倍的針織物模型圖。

圖2 基礎圖案不同放大倍數的模擬針織物設計

1.3 精準針織物圖案織造

采用空心錠花式紡紗機紡制自固結子線時,必須要確定紡制結子線相對應的紡紗工藝參數,確保結子線外觀形態良好,結子不會滑動脫散,捻度適宜不會影響織造[7]。實際紡制后的自固結子線經過測量表明,空心錠參數為前羅拉參數的1.8倍時,平線段結構穩定;空心錠參數為前羅拉參數的15倍時,芯紗無外露且成型良好,結構穩定,自固結子線符合設計需求,能夠在織物上清晰地呈現圖案。軟件界面的工藝參數設置如表1所示,工藝參數是工藝管理軟件界面的初始工藝數據,為信號數據,無單位[8]。

表1 工藝參數設置

由于結子段的長度及大小會影響圖案的精準度與美觀性,平線段長度會影響圖案的位置及分布,因此必須要進行轉速和時間參數的設置來嚴格控制各紗線段的長度[9]。根據實際測量和參數調控,結子段長度、平線段長度與前羅拉運行時間的關系式分別如式(1)(2)所示:

(1)

(2)

式中:T1為結子段前羅拉運行時間,s;L1為結子段長度,cm;N1為結子段前羅拉參數;T2為平線段前羅拉運行時間,s;L2為平線段長度,cm;N2為平線段前羅拉參數。

采用圓筒針織機將結合基礎圖案設計所紡制的自固結子線織造為織物,結子線編織方向模擬圖如圖3所示。

圖3 自固結子線編織方向模擬圖

圖3中紗線以逆時針方向螺旋編織。結子1構成圖2中左側藍色矩形,結子2構成右側紅色矩形。矩形之間的距離h為平線段1,隔行結子之間為平線段2。結子1的頭端到第2個結子1的頭端的距離是循環紗長[10]。經測量實驗測定,最初織造的無圖案針織物橫密為29縱行/(5 cm),縱密為37橫列/(5 cm)。采用拆解試樣的方法,測量織物的線圈長度以及循環紗長,得出基礎圖案的各紗線段長度,通過工藝調整以及圖案修正,最終織造出圖2(a)基礎圖案設計的針織物模擬圖的針織物實物圖(見圖4),圖案大小對織物密度無影響。經對比,基礎圖案實物圖中圖案大小及位置與模擬圖相符。

圖4 基礎圖案的針織物實物圖

為研究圖案放大倍數與循環紗長的關系,本文實驗以基礎圖案針織物的結子段長度以及平線段長度為基礎,推測出基礎圖案分別橫向等比例向兩側放大2、3倍的針織物的各紗線段長度以及循環紗長,經紡制多組自固結子線進行織造測試,所織織物中圖案發生偏移。通過工藝調整以及圖案修正,最終織造出圖2(b)(c)圖案放大2、3倍模擬圖對應的針織物實物圖(見圖5、6),圖案符合設計要求。

圖5 基礎圖案放大2倍的針織物實物圖

基礎圖案不同放大倍數針織物的各紗線段長度數據見表2。由于針織物的線圈數量以及矩形之間的線圈數量不變,將基礎圖案放大2、3倍,構成圖案的結子1及結子2的線圈數量呈倍數增長,故平線段2的線圈數量減少。由表2中數據可得,結子段長度呈倍數增長,平線段2呈遞減趨勢。

表2 基礎圖案不同放大倍數下針織物的各紗線段長度

2 結果與討論

2.1 圖案放大倍數與循環紗長的關系

由于本文實驗紡制的自固結子線的平線段部分柔軟性優于結子段部分,所以結子段線圈長度大于平行段線圈長度,當圖案放大時,結子段線圈數量增多,所以循環紗長隨著圖案放大倍數的增大而增大。基礎圖案不同放大倍數針織物循環紗長的曲線擬合見圖7。

圖7 圖案放大倍數與循環紗長的關系

由散點的分布和趨勢可得出,圖案放大倍數與循環紗長之間的關系近似直線,因此采用線性函數進行回歸分析,循環紗長與圖案放大倍數的關系如式(3)所示:

L=1.65a+67.17

(3)

式中:a(1

此回歸方程的相關系數為0.992 95,具有顯著相關性,圖案放大倍數與循環紗長之間為線性關系。

2.2 圖案放大倍數與紡紗工藝的關系

所設計的基礎圖案放大,各紗線段的長度也隨之變化,精準紡紗工藝參數也需要進行一定的調整及修正。結合運行時間計算式(1)(2),圖案不同放大倍數針織物的各紗線段運行時間見表3。

表3 圖案不同放大倍數針織物的各紗線段長度及運行時間

分析表3數據可得,將基礎圖案橫向按比例向兩側放大2倍時,構成矩形的結子段長度從2.6 cm增長到了5.2 cm,呈倍數增長,而由于平線段2的線圈數量減小,所以平線段2從53.7 cm減小到了49.98 cm。基礎圖案3倍放大的各紗線段長度變化規律也如此。因此,當圖案放大a倍時,結子段的長度為a×2.6 cm,結合式(3)循環紗長的計算公式可得圖案放大倍數與平線段2長度的關系式,進而可推導出平線段2長度的計算公式(4)。結合式(1)(2)可得出圖案放大倍數與結子段前羅拉運行時間、平線段前羅拉運行時間的關系,推導可得式(5)(6):

(4)

(5)

(6)

式中:LP為平線段2的長度,cm;Tj為結子段1或結子段2前羅拉運行時間,s;TP為平線段2的前羅拉運行時間,s。

將實驗數據及建立的公式總結分析可得,針織物圖案橫向按比例放大的精準紡紗工藝變化規律模型,精準紡紗工藝規律模型見表4。

表4 基礎圖案放大倍數與紡紗工藝關系模型

分析表4可得,將基礎圖案橫向等比例向兩側放大,構成圖案的結子段1和結子段2的長度呈倍數增長,平線段1長度以及運行時間無變化,平線段2所占的針數減少,所以平線段2長度隨著圖案的放大呈線性減少趨勢,各紗線段的運行時間也隨著長度的變化呈線性變化。

2.3 實驗結果驗證

為了驗證模型的準確性,實驗以圖案放大4倍的針織物為例進行模型驗證。由表4中模型公式可得圖案放大4倍的紗線各紗線段長度以及運行時間如表5所示,所織造的針織物實物圖如圖8所示,實物圖中圖案大小及位置與模擬圖相符,滿足設計需求,模型具有準確性和可靠性。

表5 基礎圖案放大4倍針織物的各紗線段長度及運行時間

圖8 基礎圖案放大4倍的針織物實物圖

3 結 論

本文實驗是在織物尺寸以及矩形間距不變的條件下,將基礎圖案矩形橫向放大2、3倍,分析對應精準紡紗工藝的變化規律,建立圖案放大倍數與紡紗工藝的關系模型,此模型適用于在圓筒針織機織造同一尺寸、不同放大倍數的同一圖案的針織物,并得出以下結論:

①當圖案放大倍數a(1

②圖案放大a倍時,結子段的紡紗時間變化規律為Tj=1.506×2.6a;平線段的紡紗時間變化規律為Tp=0.125(-3.55a+57.19)。

③建立的圖案放大倍數與循環紗長、紡紗工藝之間的關系模型可用于1根紗織造精準圖案針織物的快速調節,可以減少圖案尺寸變化時紡紗工藝參數的調節次數和針織物試織次數,整體提高制備效率。