降低筒子紗染色工藝成本的新型染色筒子

M. Wischnowski, D. Pennartz, V. Niebel, T. Gries

亞琛工業大學 紡織技術研究所(ITA)(德國)

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降低筒子紗染色工藝成本的新型染色筒子

M. Wischnowski, D. Pennartz, V. Niebel, T. Gries

亞琛工業大學 紡織技術研究所(ITA)(德國)

在產業研究發展促進計劃(IGF)AiF-Nr. 17514 N “InnoSpul” 項目中，對于筒子結構的確定和交叉卷繞紗管的染色性能進行了深入研究。基于繞線過程和所顯示的密度分布的分析可知，傳統的繞線方法無法得到均勻的徑向密度。因此，開發了一種新型繞線工藝——InnoSpul Winding。染色測試表明：采用新型InnoSul Winding工藝可獲得比傳統繞線方法高出40%的染色均勻性。

染色筒子；InnoSpul Winding繞線法；無規繞線；逐段精確繞線

2012年，德國大約有36.1萬t的纖維被加工成服裝和家用紡織品。據推斷，這些纖維中大約有30%采用線圈染色，因此德國每年約有11.0萬t的紗線采用線圈染色。筒子染色的良好效果主要通過均勻的染料滲透來實現，而染料均勻滲透的決定性因素是繞線裝置中筒子密度的均勻分布。

根據工業數據，壞的染色線圈的丟棄率約占2%，在德國這些紗線每年可達2 200 t。染色工作人員由于被投訴丟棄紗線致使收入下降，這些紗線的價格約為4歐元/kg。染色錯誤導致的費用每年預計達880萬歐元。紗線染色的費用取決于紗線的性質，一般在2～10歐元/kg之間。染色加工的常規要求是較高的色彩準確度、質量和加工速度，以及染色紗線顏色的均一性。筒子染色最大的挑戰是如何確保染料在通過整個線圈過程中流速的均勻一致。筒子紗染色的高成本和風險迫使許多德國公司將染色加工外包給低收入國家。因此，InnoSpul研究項目旨在降低高達30%因染色錯誤而導致的廢品率。

1 方法和結果

在紡織品紗線整理過程中，線圈染色是成品加工中最重要的工序之一。染色要求染液均勻地流經整個線圈，這一方面可通過優化染色工藝本身，另一方面也可通過調整之前的繞線加工，以實現染色的高度均勻。

除線圈的幾何形狀和線圈大小外，整個線圈列中，每個線圈繞線徑向密度和軸向密度也在很大程度上決定了染色的效果。繞線密度的不均勻性對筒子紗的滲透性具有顯著影響，它對染料的流動行為有直接影響，因此也對最后染色加工的色彩品質有直接影響。

在德國產業研究發展促進計劃(IGF)AiF-Nr. 17514 N “InnoSpul” 項目中，紡織技術研究所(ITA)對筒子結構的確定和通用的交叉卷繞紗管的染色性能進行了研究。此次研究的重點是筒子紗的密度分布與最終染色性能之間的關系(圖1)。

圖1 部件運動示意圖

ITA通過薄膜壓力傳感器和針式扭矩傳感器進行壓力測試，以獲得線圈中密度分布的試驗數據。很多單個線圈的繞線密度的測試方法，如流量計量、硬度測試及根據質量-體積方法的測試都無法獲得線圈密度分布的精確數據。本文采用美國Tekscan公司的薄膜壓力測試系統I-Scan首次確定了密度分布。

除了薄膜壓力測試，還應用了捷克共和國Sensora儀器公司的扭矩針Unitorq系統，它可檢測由于筒子紗內針的轉動而得到的扭矩。扭矩(以公支支數計)和密度定性相關。

圖2顯示了采用Unitorq測試系統所測得的無規繞線(WW)線圈和逐段精確繞線(SPW)線圈徑向和軸向上的密度分布。由徑向密度分布明顯可見，密度隨半徑的增大幾乎呈線性下降。

可見，采用薄膜壓力傳感器對筒子紗內壓力進行測試，可有效模擬筒子紗內的壓力分布，該扭矩針在另一方面也適用于對密度分布的詳細、定性的描述。基于繞線方法和密度分布的分析，項目研究團隊開發了一種模擬筒子紗內壓力分布的方法。模擬工作分為兩部分。首先，模擬基于交叉卷繞筒子結構的動力學過程。隨后應用Neckar在筒子紗上累積纖維的材料模型，計算內部壓力。該模擬允許根據工藝參數計算筒子紗的密度分布和壓力分布，如繞線角度、筒子和摩擦滾筒的接觸壓力等。用此模擬，可進一步理解工藝參數與制成的筒子結構的關系。

分析和模擬無規繞線和逐段精確繞線的染色筒子的密度分布可知，可通過導紗的行程變化獲得軸向密度的均勻一致。徑向密度均一性是無法通過傳統的繞線方法實現的。基于試驗數據庫和模擬工具，為了獲得均勻的密度分布，研究團隊采用了一種新型繞線方法——InnoSpul Winding。InnoSpul Winding繞線方法是有針對性地對不同密度的筒子進行分層而達到徑向密度的均勻一致的。筒子密度分布顯示(圖3)，采用InnoSpul Winding繞線法(IW)的筒子的徑向密度分布接近均相。

(a) 徑向

(b) 軸向

(a) 徑向 (b) 軸向

圖4 紗線(29.4 tex)3種繞線方式的平均色彩偏離度

根據CIELab系統的色彩評估，染色測試顯示，采用新型InnoSpul Winding繞線法相較于傳統的繞線方法所得到的染色均勻度高出40%(圖4)，該結果參考了色彩偏離度(DE)。在該染色測試中，一種編織管由3部分染色線圈組成——外部、中部和內部。中部的值經常被定義為參考值，且決定了外部和內部的顏色相對于中部的色差。

2 結論

由分析和模擬無規繞線和逐段精確繞線染色筒子的密度分布可知，通過導紗引起的行程變化可得到軸向密度的均勻一致，并可采用目前最先進的繞線機根據線圈直徑調整行程變化。傳統的繞線方法無法得到徑向密度的均勻一致。因此，開發了新型繞線方法——InnoSpul Winding。染色測試表明：新型繞線方法具有獲得更好染色結果的潛力。采用InnoSpoul Winding繞線法可將染色均勻性提升40%。

劉蒙穌胡 筱 譯 羅 艷 校

Innovative dye packages to reduce costs in the bobbin dyeing process

MarkoWischnowski,DanielaPennartz,VolkerNiebel,ThomasGries

IntituteofTextileTechnology(ITA)atRWTHAachenUniversity,Aachen/Germany

Within the IGF project AiF-Nr. 17514 N“InnoSpul”extensive research was carried out to determine the package structure and dyeing properties of cross-wound bobbins. Based on the analysis of the winding process and the density distribution it could be shown, that radial density uniformity cannot be achieved with conventional winding methods. Therefore, an innovative winding process(InnoSpul Winding) was developed. Dyeing tests show that better dyeing equality of up to 40% compared to conventional windings can be accomplished using this novel InnoSpul Winding.

dye package; InnoSpul Winding; random winding; step precision winding