雙色結構大肚紗的牽伸倍數與直徑的關系分析

摘 要：為了研究牽伸倍數和后羅拉運動對大肚紗大肚形態和拼色效果的影響，分析了紡紗過程中后羅拉的運動規律，并通過增加粗紗的數量，得到截面和軸向均具有雙色效果的大肚紗；同時基于該大肚紗改變牽伸倍數，得到大肚紗直徑數據，從而對數據進行分析，得到牽伸倍數與大肚直徑之間的函數關系。結果表明：通過改變工藝參數調控后羅拉的運動，可以成功紡制出雙色結構大肚紗，且其牽伸倍數同大肚直徑之間存在冪函數關系，實驗所得函數關系式為：y=0.7693x^-0.3864。用所紡紗線織造的機織布表面呈現色彩變幻及凹凸不平的外觀，達到預期效果。

關鍵詞：大肚紗；顏色變化；牽伸倍數；喂入位置；花式紗線

中圖分類號：TS104.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2025）03-0042-06

收稿日期：2024-07-04 網絡出版日期：2024-08-26

基金項目：中國紡織工業聯合會科技指導性項目（2022020）;陜西省教育廳重點科學研究計劃項目（20JY026）;西安工程大學博士科研基金項目（BS202105）;陜西省重點研發計劃一般項目-工業領域（2024GX-YBXM-569）

作者簡介：廖靜雯（2001—），女，陜西漢中人，碩士研究生，主要從事新型紡織技術方面的研究

通信作者：李文雅，E-mail：Leewya@126.com

花式紗線的應用領域逐漸擴大，具有廣闊的應用前景^［1-2］。大肚紗作為傳統花式紗線之一，具有一段粗一段細的外觀特點，被廣泛應用于服裝面料及具有特殊效果的手工藝品。目前在國內相關研究中，葉汶祥等^［3］闡述了環錠轉速和卷繞羅拉轉速對紗線捻度的影響，并在針對紡制包大肚紗帶子線的實驗中發現，內轉式小針筒生產包芯帶子線之類的紗線產品往往需配以環錠來退捻；陳國祥等^［4］在進行色紡彩點大肚紗紡制時，指出了毛羽的產生原因，并提出了降低毛羽的方法；此外，劉勇^［5］利用山羊絨纖維進行了羊絨粗紡紡紗和精紡紡紗，結果發現，利用羊絨生產出的大肚紗織物具有良好的手感、立體感和彈性，適用于針織品制作。上述研究都集中在研究紡紗工藝參數對大肚紗紗線性能與質量方面的影響，而研究牽伸倍數影響大肚紗直徑進而影響布面凹凸外觀的內容較少。

本文以大肚紗牽伸倍數為主要研究對象，旨在通過改變牽伸倍數得到不同的大肚直徑，并使用數據分析軟件得到兩者的函數關系式，同時控制后羅拉運動方式控制紗線顏色變化，紡制出截面與軸向均具有雙色結構、大肚長度與直徑有變化的大肚紗。通過紗線和布樣展示大肚紗直徑變化和雙色結構的效果，總結出牽伸倍數影響紗線形態從而影響布面凹凸效果的規律，以此來對普通的大肚紗進行創新研究，為后續大肚紗織物紡制提供參考，使得在開發不同布面凹凸效果的大肚紗織物（如沙發布、窗簾）時能快速確定工藝參數。

1 實驗

原料：芯紗選用3根10 tex的棉紗（冠杰紡織有限公司），飾紗1選用400 tex的白色棉粗紗（冠杰紡織有限公司），飾紗2選用400 tex的粉色棉粗紗（冠杰紡織有限公司），固紗為8.3 tex黑色滌綸長絲（浙江匯隆新材料股份有限公司），織造時經紗采用9.2 tex的白色棉紗（浙江匯隆新材料股份有限公司）。

設備：紡紗設備為HFX-A01型空心錠花式紡紗機（蘇州市華飛紡織科技有限公司）、多功能電腦控制器（西安工程大學），織造設備為SGA598型半自動小樣織機（江陰市通源紡機有限公司）。

2 大肚紗設計

2.1 紗線結構設計

大肚紗屬于控制型花式紗線，由芯紗、飾紗和固紗組成，在紡制過程中通過改變牽伸區的羅拉牽伸倍數，形成粗細交替的紗線風格，由此大肚紗結構可分為兩部分，即大肚部分與平線部分。

大肚紗結構及橫截面示意如圖1所示，Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段為棗核形，是紗線的大肚部分，其余為平線部分。大肚紗整體呈現出雙拼色效果，Ⅰ段至Ⅲ段為兩根不同顏色的粗紗在該紗段軸向上交替變化形成的雙拼色外觀，在過渡段（Ⅱ段）上兩根粗紗拼接，形成了橫截面上的雙拼色效果，讓原本單一的色彩變得更為豐富，更有吸引力^［6］。

通常情況下，大肚紗的橫截面面積為平線部分的5倍以上^［7］，大肚長度為2～10 cm。為使大肚效果明顯，實驗將大肚橫截面面積設計為平線的6～8倍，大肚長度4～10 cm。

2.2 紡紗工藝設計

2.2.1 雙色變化

A、B雙拼色大肚紗的顏色變化規律為Ⅰ段—Ⅱ段—Ⅲ段，兩節純色段和一節雙色段形成一個循環，其中純色段到雙色段的顏色變化即為軸向上的雙色效果；雙色結構段是兩根粗紗糾纏產生，為截面上的雙色效果。循環的長度即為當前段長，純色段、雙色段循環規律均可以根據需要調節。

生產時，兩根后羅拉各控制一種顏色的粗紗，通過控制后1、后2羅拉的運動，即可實現變色。紡制Ⅰ段時，后1羅拉回轉，后2羅拉靜止不動。生產Ⅱ段雙色結構段時，后1羅拉回轉，后2羅拉逐漸加速，這樣從前羅拉輸出的飾紗便會從一種顏色逐漸過渡到另一種顏色^［8］。為防止兩種不同顏色粗紗在退繞時相互糾纏影響正常輸出，在紡紗時需將兩管粗紗分別放置在不同的吊錠上^［9］。

2.2.2 牽伸倍數

牽伸倍數決定大肚紗的大肚形態和線密度，牽伸倍數根據產品原料和結構的不同以及生產半制品設備條件和半制品結構條件，合理配置總牽伸和前后區牽伸^［10］。根據原料及最終產品設計平線部分粗紗的牽伸倍數為16倍，生產時應合理進行牽伸分配，以減少附加不勻，提高條干均勻度。后區為預牽伸區，應施加較小的牽伸，牽伸為3.33倍；前區為膠圈牽伸，摩擦力界布置合理，可承擔較大的牽伸，牽伸為5倍；大肚部分粗紗的牽伸倍數

為1.54～4.00倍。

2.2.3 軟件工藝參數

經測試，當前羅拉參數設置為1000時，紗線輸出平穩。槽筒與前羅拉之間速比需控制在1.0～1.1以內。根據前羅拉實際輸出速度與軟件工藝參數的轉換公式，如式（1）所示，可得出前羅拉的實際線速度。根據槽筒實際輸出速度與軟件工藝參數的轉換公式，如式（2）所示，可得出槽筒的實際線速度。

S₁=0.011×X₁（1）

式中：S₁為前羅拉實際線速度，cm/s；X₁為前羅拉參數。

S₂=0.007×X₂（2）

式中：S₂為槽筒實際線速度，cm/s；X₂為槽筒參數。

兩者實際線速度速比設置為1.1，既能使槽筒與前羅拉配合使紗線卷繞成型良好，又能保持前羅拉與槽筒之間的芯紗張力。前羅拉參數設置為1000，實際線速度即為0.11 m/s，此時槽筒線速度應為0.121 m/s，所對應槽筒參數為1728。

若使大肚段長度處于4～10 cm，則相應的紡紗時間應為0.36～0.90 s；若使大肚部分粗紗的牽伸倍數為1.54～4.00倍，前羅拉參數不變，則后羅拉參數應在60～650。

軟件界面的工藝參數如表1所示，表中數據為無量綱單位數據。步進電機設定值輸入成功后，通過編寫好的控制程序進行轉換。首先將其轉換為步進電機的脈沖數，然后再由步進電機控制羅拉的轉速^［11］。

表1中的奇數段數據與大肚紗段的紡紗工藝相對應，偶數段數據與平線段紡紗工藝相對應，大肚紗段粗細跟隨羅拉速度的變化規律為：由細到粗再到達最細，其后過渡到平線段，同時配合雙色設計所對應的粗紗喂入方式，如此反復循環，形成雙拼色大肚紗。

3 產品分析

3.1 紗線分析

3.1.1 紗線外觀分析

表1中段數2、4、6紡紗數據所得大肚紗外觀效果如圖2所示。經測量，所紡紗線長度分別是8、6、4 cm；直徑分別是0.469、0.659、0.502 mm；大肚紗大肚部分平均細度為170 tex，平線部分細度為25 tex。符合預期設計。從圖2中可以明顯看出在一段連續的紗體上存在紅色-紅白過渡色-白色的顏色變化，實現了紗線軸向上的雙拼色效果；在紅白過渡色中，經過牽伸后的紅色粗紗與白色粗紗相互交纏，實現了橫截面上的雙拼色效果，具有獨特的花式效應、自然不勻的風格^［12］。符合預期顏色變化規律。

為得到上述紗線顏色變化，大肚長度變化和直徑變化，必須控制好后1、后2羅拉的運動。實驗時后1羅拉控制紅色粗紗，后2羅拉控制白色粗紗。當后1羅拉按所設時間0.73 s穩定運行，后2羅拉靜止不動時，前羅拉口只出現紅色粗紗，可紡出圖中紅色段紗體；當后1羅拉參數由300減少到60，后2羅拉參數增加為60，兩種紗線頭尾相接，經牽伸、加捻糾纏，即可紡出圖中紅白過渡段紗體；當后1羅拉停止回轉，后2羅拉保持回轉，此時從前羅拉口出現的只有白色粗紗，即可紡出圖中白色段紗體。

3.1.2 牽伸倍數對大肚直徑的影響

由于牽伸倍數不同，導致大肚的直徑有所差異，表1中大肚紗段的牽伸倍數與實際測量的大肚直徑關系如圖3所示。圖3中牽伸倍數以1.50為起始值，0.3為增量，共有8個不同的牽伸倍數，大肚直徑隨著牽伸倍數的增大而減小，整體呈負相關關系。

以牽伸倍數為自變量，大肚直徑為因變量在SPSS數據分析軟件中建立回歸分析模型，得到的模型結果如表2所示。

當R²越接近1，函數模型擬合效果好；F值越大，即相關系數越大，表明該函數與所得數據的相關性越高，在F值較大的同時顯著性小于0.005，表明該函數模型中能夠顯著地解釋因變量的變化，從而支持模型的適用性和有效性。表格中冪函數R²為0.999，F值為8333.215，同時顯著性遠小于0.005，綜上所述，冪函數在所有模擬函數中為最優函數模型。從SPSS數據分析軟件中可得函數關系式，如式（3）所示：

y=0.7693x^-0.3864（3）

式中：y為大肚直徑，mm；x為牽伸倍數。

3.2 織物分析

用所紡紗線作為緯紗在織機上織成織物，為了更加清楚地體現大肚紗效果，使用經密大緯密小的織造工藝參數，選擇經密為287 根/（10cm），緯密為144 根/（10cm），經向緊度為80.93%，緯向緊度37.31%，

總緊度為88.05%。筘號選用45號，每筘兩入，穿綜采用順穿法，織物組織采用緞紋組織，經向織縮率為10%。所得織物外觀圖如圖4所示。

不同牽伸倍數對應不同紗線直徑，從而在織物表面呈現出不同的厚度。在布樣上可以清晰地觀察到大小和長度無規則變化的大肚段。通過控制平線段和大肚段的紡紗時間來控制大肚的位置，使之有規律地排列在布面右側，在布面上形成凸出的豎條紋外觀效果。平線段紗線直徑小于大肚段，在布面上呈現出凹面狀，與大肚段相互形成凹凸起伏的外觀效果。使用微型數字測厚儀測量所得10組大肚部分布面厚度數據如表3所示。

在經向緊度為37.31%，緯向緊度為80.93%的情況下，機織物大肚部分凸面平均厚度為1.348 mm，

凹面平均厚度為0.872 mm。經測量，當紗線直徑位于0.469～0.502 mm之間時，機織物厚度在1.24 mm

左右（誤差為±0.04）；當紗線直徑位于0.502～0.577 mm之間時，機織物厚度在1.35 mm左右（誤差為±0.03），當紗線直徑位于0.577～0.659 mm之間時，織成的機織物厚度在1.44 mm左右（誤差為±0.03）。采用紗線直徑區間的平均數作為該區域內實際數據，與布面厚度進行擬合得到一個非線性關系式，該方程式如式（4）所示：

y=0.1466-75.2459×（5.64×10^-8）^x（4）

式中：y為布面厚度，mm；x為紗線直徑，mm。

布樣整體呈現出凹凸不平的視覺效果和錯落變化的雙色效果。凸面部分與凹面部分厚度比值為1.55，布面顏色基本變化規律從下至上為純紅色-雙色-純白色-雙色-純紅色的循環，使布面展現出橫條紋的外觀效果。但由于后1、后2羅拉運動時間不同，導致每一顏色段的紗體長度存在差異，產生參差錯落的顏色變化效果。

4 結論

本文研究了牽伸倍數對大肚紗大肚直徑的影響，成功構建出兩者的函數模型，并在紡紗時合理控制后羅拉來進行紗線的顏色控制，紡制出了雙色結構大肚紗。得出如下結論：

a）設計紗線時，需合理設計大肚段與平線段的牽伸倍數，防止平線段牽伸倍數過大導致紗線斷裂以及牽伸倍數不夠造成大肚形態不清晰。牽伸倍數與大肚直徑之間存在非線性函數關系，用實驗所得數據進行回歸分析可得兩者存在冪函數關系，函數關系式為y=0.7693x^-0.3864。

b）在經向與緯向緊度分別為37.31%

和80.93%的織造條件下，紗線直徑與布面厚度存在非線性關系，關系式為y=0.1466-75.2459×（5.64×10^-8）^x。布樣整體呈現出凹凸不平的視覺效果，凸面部分與凹面部分厚度比值為1.55。

c）調控后羅拉運動時間即可同時控制紗線顏色變化和直徑變化，織造時合理設置幅寬可以獲得不同的顏色變化效果。

d）在紡紗過程中，必須合理控制前羅拉與槽筒之間牽伸比，以防止芯紗張力過大導致斷紗或大肚成形不良的問題；在織造過程中可以根據理想布面設置幅寬以控制大肚的排布規律，打緯力度不宜過大，否則會導致大肚紗大肚形態不清晰。

e）使用雙色結構大肚紗織成的機織物手感柔軟，顏色變化自然且表面具有凹凸效果，達到實驗預期效果。

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Analysis of the relationship between the draft ratio and the diameter of big belly yarns with a dual-color structure

LIAO Jingwen， LANG Lingkun， LI Wenya

（School of Textile Science and Engineering ， Xi'an Polytechnic University， Xi'an 710048， China）

Abstract： The market for fancy yarns is showing a steady growth trend， and with the increasing pursuit of textile quality and design by consumers， fancy yarns have received widespread attention and favor due to their unique characteristics. In 2023， the global market revenue for fancy yarns reached 34.223 billion yuan， of which the market size for Chinese fancy yarns reached 16.756 billion yuan. With the expansion of market size， diversification of product types， and expansion of application fields， the development and refurbishment of traditional fancy yarns have become an inevitable trend. The big belly yarn， as a traditional fancy yarn， also faces updates and iterations. However， current research both domestically and internationally has focused on the influence of process parameters on the performance and quality of big belly yarns， and there is relatively little research on how the draft ratio affects the diameter of these yarns and， in turn， the texture and relief of the fabric surface， especially in the context of big belly yarns with a dual-color structure.

To explore the relationship between the spinning draft ratio and the diameter of the big belly yarn， which in turn affects the appearance of the fabric， this study investigates the spinning of the big belly yarn based on the dual-color structure. Starting from the perspectives of yarn effect and fabric effect， the study firstly designs a big belly yarn with a dual-color structure in the cross-section and axial direction， varying length and thickness of the bulge. The study also selects two different colors of coarse yarns， and determines the final process parameters through trial spinning. The factors that affect the yarn quality are controlled during spinning， and the coarse yarns are placed reasonably to prevent entanglement and impact of the yarn quality when the two coarse yarns are fed. The speed ratio between the front roller and the groove tube is maintained at 1∶1.1， which can not only ensure good yarn winding by coordinating the groove barrel with the front roller but also maintain tension between the front roller and the groove barrel， ultimately successfully spinning the target sample. On this basis， with 1.5 as the starting value and 0.3 as the increment， the draft ratio is set to study the diameter changes of yarns under different draft ratios. Data analysis software is used to regress the draft ratio in the spinning process parameters with the corresponding big belly yarn diameter， and the optimal function model is obtained. Research has found that adjusting the movement time of the back roller can simultaneously control the color and diameter changes of the yarn， and setting the width reasonably during weaving can achieve staggered changes of different colors. There is a power function relationship between the draft ratio and the diameter of the big belly yarn， with the function equation being y=0.7693×x^{（-0.3864）}; there is a corresponding relationship between the diameter of the big belly yarn and the unevenness effect of the fabric surface， that is， the thickness of the fabric surface. Under weaving conditions with warp and weft tightness of 37.31% and 80.93%， respectively， there is a non-linear relationship between the diameter of the yarn and the thickness of the fabric surface， with the equation being y=0.1466-75.2459×（5.64×10^-8）^x.

The influence of draft ratio on the final fabric effect provides insights for the development of big belly yarn products. The spinning process parameters can be quickly determined based on the expected fabric effect， so as to reduce the frequency of manual adjustment and improve production efficiency.

Keywords：big belly yarn; color changes; draft ratio; feeding position; fancy yarn