數碼轉杯紡成紗原理及其紗線特點

楊瑞華， 薛 元， 郭明瑞， 王鴻博， 周 建， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

數碼轉杯紡成紗原理及其紗線特點

楊瑞華， 薛 元， 郭明瑞， 王鴻博， 周 建， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

為開發新穎的紗線品種，提高紗線生產效率，提出數碼轉杯紡成紗方法并介紹其原理，對成紗色彩特點進行研究。數碼轉杯紡采用3組分異步喂入的方式，纖維通過分梳輥的梳理和混合，在轉杯內離心力作用下再次混合并凝聚成須條，經加捻后成紗，再由引紗羅拉導出形成特種紗線。該工藝過程可隨機調控轉杯紡成紗的線密度及混紡比，生產多種混合均勻的混色紗和混紡紗品種。分別紡制了混色紗、變色紗、段彩紗、竹節紗、彩節紗和雙變紗等典型數碼紗，并對其色彩特點進行分析，總體來說數碼轉杯紗不同顏色的單纖維混合均勻，紗線顏色柔和。

數碼轉杯紡； 紗線結構參數； 色紡紗； 混紡紗

轉杯紡是新型成紗方法中使用最為廣泛的一種成紗技術，其利用高速旋轉氣流進行成紗，原料適用性廣。與傳統環錠紡相比，具有流程短、高速、高產、高效率和清潔性好等特點[1-3]。文獻[4]報道了一種全新環錠紡生產方法即數碼成紗系統，通過編程控制的多個伺服電動機驅動多個喂入羅拉，粗紗異步喂入，成紗的組成成分及成紗線密度在線可控，從而實現紗線柔性化生產，可一步生產混色紗、變色紗、段彩紗、竹節紗、彩節紗和雙變紗等，具有特殊的成紗特點。這種混色紗生產模式省去了傳統混色紗生產中的棉包混色、條混等前道工序[5-7]，避免了對纖維產生進一步的機械損傷，解決了色紡前紡車間管理困難的問題，節約勞動成本，而且這種混色紗生產方式易于實現配比調整，可滿足色紡紗小批量、多品種的市場需求。若能將數碼技術應用到轉杯紡方法中，綜合轉杯紡和數碼成紗優點，則可大幅提高生產效率，降低生產成本。

本文提出數碼轉杯紡生產方法及原理，并將其成紗的色彩特點與數碼環錠紡進行對比分析，探討數碼轉杯紡成紗機制和特征。

1 數碼轉杯紡紗系統

數碼轉杯紡紗技術是將3根纖維須條經過3個獨立羅拉異/同步喂入后由分梳輥梳理，經輸棉通道進入高速旋轉強負壓轉杯內并合、加捻，通過卷繞羅拉卷繞成筒子紗，其成紗系統見圖1。

注：1、5、6—組合式給棉羅拉對應傳動齒輪；2/7、3/8、4/9—組合式 給棉羅拉/皮輥；10—集棉器；11/12—集合給棉羅拉/皮輥； 13—分梳輥；14—輸棉通道；15—轉杯；16—引紗管； 17—引紗羅拉；18—數碼轉杯紗；19—筒子紗。圖1 數碼轉杯紡成紗系統Fig.1 Spinning process of digital rotor spun yarn

圖1中3個傳動齒輪1、5、6使3個喂入羅拉2、3、4分別與3個伺服電動機通過皮帶相連接。各伺服電動機由PLC可編程控制器控制，使各羅拉在同一時間具有相同或不同的速度，或者使同一羅拉在不同時間具有相同或不同的速度，從而紡制出各種混紡比和線密度變化的數碼轉杯紗。喂入羅拉2、3、4與皮輥7、8、9組成3個獨立通道。集棉器10保證3根纖維條分別穿過各自通道后經集合給棉羅拉11和集合給棉皮輥12順利喂入分梳輥13。纖維經過分梳輥13的梳理作用與轉杯15的集聚加捻后經引紗羅拉17卷繞成筒子紗19[8-9]。 由于喂入系統進行了全新的設計，采用粗紗喂入。

2 數碼轉杯紡成紗特點

從紡紗過程可知，數碼轉杯紡改變了喂入部分及其控制系統，從分梳輥到卷繞成筒子的紡紗機構沒有發生變動，其成紗過程的混合、牽伸和加捻作用仍然是由高速旋轉的分梳輥和轉杯完成，其成紗結構及性能與常規轉杯紡類似，但可通過獨立調節各喂入羅拉速度而一步實現線密度、色相、組成比例可調的紗線柔性化生產技術，通過調整紡紗工藝即可獲得系列新的紗線品種。

從理論上講，通過喂入不同比例的三原色纖維條，可生產任意色彩的紗線。以10%為最小變量改變三原色混紡比，紡制24種色彩數碼轉杯混色紗，其部分典型的針織面料效果如圖2(a)所示，并紡制相同比例數碼環錠混色紗針織面料(見圖2(b))作為參考。從圖中可看出，數碼環錠紡和轉杯紡都可生產出混紡比以10%為變化梯度的三原色紗線，但從面料色彩來看，數碼轉杯紡面料具有獨特的輕快柔和的色彩特征，而數碼環錠紡呈現厚重的夢幻色彩。

注：圖中比例表示黃、藍、紅纖維的混色比。圖2 數碼紗色彩特點Fig.2 Color characteristics of digital spun yarn. (a) Color blended digital rotor spun yarn; (b) Color blended digital ring spun yarn

成紗過程決定了2種面料各具特色。數碼轉杯紗經過分梳輥、輸棉通道和轉杯3個主要部件及加捻工藝完成纖維的并合及混合作用[10]，因而具有更好的單纖維混合均勻性。如圖3(a)所示，黃、藍、紅纖維比例為35∶30∶35的數碼轉杯混色紗針織面料，視覺上輕快柔和，色彩細膩。數碼環錠紡紗是在羅拉牽伸及加捻階段完成纖維的混合，其本質為三原色纖維束的混合，如圖3(b)所示，黃、藍、紅纖維比例為35∶30∶35的數碼環錠混色紗針織面料，呈現厚重的夢幻色彩，顏色風格較粗獷。成紗機制不同，因此2種系統生產的數碼紗各有千秋。

注：黃、藍、紅纖維的混色比為35∶30∶35。圖3 數碼紗的纖維混合特征Fig.3 Fiber blending characteristics of digital spun yarn. (a) Color blended digital rotor spun yarn; (b) Color blended digital ring spun yarn

若將3色纖維條換成3種不同纖維成分的纖維條，可生產組分變化的細紗，這對一體式無縫無痕針織面料來說尤其重要。通過對單件織物面料的CAD設計，計算特殊位置如衣領、袖口和卷邊等部位紗線的長度和其在整件面料所用紗線總長中的位置，則可在線改變對應紗線片段的纖維成分，提高其服用性能。

通過對混紡比和線密度的合理控制調節，數碼轉杯紡可生產變色紗、竹節紗、彩節紗和雙變紗等典型的紗線品種，見圖4。從圖中可看到數碼轉杯紗中不同顏色的單纖維混合均勻，顏色柔和。

圖4 數碼轉杯紗典型紗線品種色卡Fig.4 Color cards of typical digital rotor spun yarn. (a) Gradient melange yarn; (b) Slub yarn; (c) Color pointed melange yarn; (d) Linear density and draft ratio both changed melange yarn

從圖4(a)所示的變色紗可清晰看到紗線色相由紅到黃、黃到藍、藍到紅的漸變過程。相對于染色變色紗，數碼轉杯紡變色紗的生產方式簡便、環保，紗線色彩分布范圍可準確控制，生產效率高；同時可利用較短的過渡紗連接，視覺上接近于段染效果。

圖4(b)所示的竹節紗是由紅、黃、藍3色纖維條紡制的混色數碼轉杯紡竹節紗，紗線條干上竹節清晰。生產中竹節的長度和疏密程度等都可按照設計要求進行紡制。

圖4(c)所示數碼轉杯彩節紗的主體偏黃，竹節偏紅。在這種紡紗機構上，還可通過工藝設計在線改變竹節和基體的色彩，紡制多種色彩的竹節，使彩節紗品種更豐富；同時結合竹節的形態、疏密等變化，演繹出一種夢幻般的面料色彩。

圖4(d)所示數碼轉杯雙變紗的線密度由粗變細，再變粗的同時，紗線顏色也從黃色逐漸到藍色，再逐漸變到黃色，故又稱為兩色雙變紗，是線密度與顏色二者都在逐漸改變的一種花式紗線，與彩節紗都是在紗線線密度發生變化時顏色也發生了改變，不同的是雙變紗的這種變化是逐漸發生的，給人以柔和感；而彩節紗的這種變化是突兀的，給人以視覺沖擊，立體感更加強烈。數碼轉杯紡還可生產多色雙變紗，且各紗段的長度可根據需要進行設計，從而生產粗細形態和色彩多樣的花式紗線。

但數碼轉杯紡系統在增加3個獨立控制羅拉之后，相當于產生了前牽伸區及相應的牽伸倍數；且采用了3個喂入點匯聚到1個輸出點，牽伸隔距不同，3個牽伸區的變速點就不在同一位置，導致纖維在集合給棉羅拉處搭接不良，則紗線條干質量會下降，為此，后期會針對這個問題進行深入研究。

3 結 語

數碼轉杯紡系統集數碼紡與轉杯紡優勢于一體，既有轉杯紡高速、高效、短流程、原材料適用性強和服用性好等特點，同時可實現梯度配比和線密度在線可控等多種功能，在一種機型上既可實現常規轉杯紡功能，也可生產多種多樣的花式紗線與色紡紗，其與數碼環錠紡成紗風格各具特色。在工業智能化的時代倡導下，這種數控的紗線柔性化生產方式將引領科技前沿，為紡織新產品開發提供技術支撐。本文重點介紹了數碼轉杯紡的成紗原理、控制系統及紗線表觀形態和色彩特點，將在后續研究中進一步優化成紗機構，提高數碼轉杯紡系列紗線的性能，分析成紗結構和顏色混配規律。

FZXB

[1] 徐惠君，巴塔.轉杯紡轉杯的作用與選擇[J].紡織導報，2015 (6)：64-67.

XU Huijun, BA Ta. The role of rotor in rotor-spinning process and how to select it [J]. China Textile Leader, 2015(6): 64-67.

[2] 劉超，楊瑞華，王鴻博，等.轉杯紡紗通道三維流場的數值模擬[J].紡織學報，2016，37(9)：145-150.

LIU Chao, YANG Ruihua, WANG Hongbo, et al. Numerical simulation for 3-D flow field of rotor spinning channel [J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(9):145-150.

[3] 馮小芳，劉艷君. 國外新型全自動轉杯紡紗機自動化與智能化運用[J].紡織科技進展，2014 (5)：15-18.

FENG Xiaofang, LIU Yanjun. Automation and intelligence of foreign new automatic rotor spinning machine and its application[J]. Progress in Textile Science & Technology, 2014 (5): 15-18.

[4] 高衛東，郭明瑞，薛元，等. 基于環錠紡的數碼紡紗方法[J]. 紡織學報，2016，37(7)：44-48.

GAO Weidong, GUO Mingrui, XUE Yuan, et al. Digital spinning method based on ring spinning [J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(7): 44-48.

[5] 章友鶴, 周建迪, 趙連英, 等. 色紡紗線生產與工藝技術創新[J].現代紡織技術，2016，24(5)：61-64.

ZHANG Youhe, ZHOU Jiandi, ZHAO Lianying, et al. Colored spun yarn production and technological innovation[J]. Advanced Textile Technology, 2016, 24(5): 61-64.

[6] 沈利利，李忠健，潘如如，等. 色紡紗線中纖維混色比例的圖像檢測[J]. 紡織學報，2016，37(3)：138-142.

SHEN Lili, LI Zhongjian, PAN Ruru, et al. Image inspection of fiber blending percentages in colored spun yarns [J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(3): 138-142.

[7] 嚴旭新，黃玉強，于文菡，等. 新型色紡精細混棉工藝流程研究[J]. 棉紡織技術，2015，43(6)：49-52.

YAN Xuxin, HUANG Yuqiang, YU Wenhan, et al. New fine blending process procedure study of colored spinning[J]. Cotton Textile Technology, 2015, 43(6): 49-52.

[8] 薛元，高衛東，楊瑞華，等. 三棉條異步輸入和多級分梳的轉杯紡紡紗方法及裝置: 中國， 201520639398.3[P].2016-04-15

XUE Yuan, GAO Weidong, YANG Ruihua, et al. Automatic online controlling linear density and blend ratio of rotor spun yarn by orderly arranged multi-opening-rollers and three independent drafting systems: China, 201520639398.3[P]. 2016-04-15

[9] 薛元，高衛東，楊瑞華，等. 三棉條異步輸入和多級分梳的轉杯紡紡紗方法及裝置：中國，201510518853.9[P]. 2015-08-21.

XUE Yuan, GAO Weidong, YANG Ruihua, et al. Automatic online controlling linear density and blend ratio of rotor spun yarn by orderly arranged multi-opening-rollers and three independent drafting systems: China, 201510518853.9[P]. 2015-08-21.

[10] 劉超，楊瑞華，薛元，等. 轉杯直徑對紡紗通道內氣流場影響的模擬研究[J]. 棉紡織技術，2016，44(10)：24-28.

LIU Chao, YANG Ruihua, XUE Yuan, et al. Simulation research of rotor diameter effects to airflow characteristic during rotor spun process [J]. Cotton Textile Technology, 2016, 44(10): 24-28.

Mechanismandcharacteristicsofdigitalrotorspunyarn

YANG Ruihua， XUE Yuan， GUO Mingrui， WANG Hongbo， ZHOU Jian， GAO Weidong

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to develop new varieties of yarns and improve the efficiency of yarn production, the method and principle of digital rotor spinning process were explored and the color characteristics of its products were studied. During digital rotor spinning process, three rovings were delivered into three-component asynchronous feeding rollers. Then they were combed and mixed by carding roller, mixed again in the rotor under the action of centrifugal force and condensing into sliver, and then twisted and wound to form special yarn. By this novel process, the linear density and blending ratio could be controlled online with digital controlling system. Melange yarn, gradient melange yarn, period melange yarn, slub yarn, color pointed melange yarn and yarn with changing linear density and draft ratio were produced and analyzed, respectively. It can be concluded that single fiber with different colors are well blended during spinning process, and digital yarns show soft colors.

digital rotor spun; yarn structure parameter; colorspun yarn; blended yarn

10.13475/j.fzxb.20161200604

TS 104.1

A

2016-12-04

2017-08-14

國家自然科學基金項目(51403085)；中央高校基金科研業務費專項資金項目(JUSRP51631A)；江蘇省自然科學基金項目(BK20130148)；中國紡織工業聯合會應用基礎研究資助項目(J201506)

楊瑞華(1981—)，女，副教授， 博士。 主要從事紡織技術研究。 高衛東， 通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。