轉杯紡混色紗線橫截面內纖維轉移的分布規律分析

童藝翾 ，周麗娜，徐舒曼，易洪雷，陳偉雄，史晶晶

（1.嘉興學院材料與紡織工程學院，浙江嘉興　314001；2.東華大學紡織學院，上海　201620）

隨著社會進步與人民生活水平的提高，消費者需求日趨多樣化與個性化，具有豐富外觀顏色、別致紗線結構與獨特風格表現力的花式（色）紗線吸引了眾多消費者的關注，并在機織，針織領域得到了廣泛應用[1]。

混色紗是一種在紗線橫截面上由不同的顏色纖維混合而制得的花色紗線。纖維混色的目的在于制取用紗線或織物染色所不能獲得的新奇色彩與使用性能的紗線和織物[2]。多組分纖維混和紡紗，可以充分發揮各組分纖維的優點，滿足消費者對于舒適、美觀、時尚的需求[3]，因此深受消費者的喜愛。

利用轉杯紡開發混色紗，可克服傳統環錠紡沿紗條長度方向上混色不勻、條干不勻的缺陷，且轉杯紡工序流程短，有利于提高生產效率與改善紡紗生產環境[4]。本文通過對轉杯紡混色紗橫截面纖維轉移指數的測定，找出影響混色紗混色效果的影響因素，并通過這些因素的控制，實現混色紗混色效果的可控。

1　轉杯紡混色成紗原理

如圖1所示。采用一種新的轉杯紡混色成紗方法，其原理是在普通轉杯紡紗機上采用兩個組合式喂入羅拉，分別控制兩組纖維須條以不同或相同的速度喂入到分梳區，在分梳區中，被分梳輥分解、梳理后的單纖維從分梳輥上脫離，隨氣流通過輸送管進入紡杯，氣流從紡杯排氣孔中排出，纖維沿杯壁斜面滑移至凝聚槽內，在凝聚槽中經凝聚、混合形成同向排列的纖維須條，引紗從引紗管吸入后被甩至凝聚槽，與已凝聚的須條相接觸，隨著紡杯的回轉加捻，引紗與須條搭接在一起，隨引紗的輸出，須條從凝聚槽內剝離，引紗的捻度被傳遞給須條，形成轉杯紗[5]。該方法在保持紡紗過程中轉杯轉速、分梳轉速、輸出速度不變的情況下，可通過改變組合式喂入羅拉中單個羅拉速度，在轉杯紡紗機上實現喂入顏色不同的纖維條、或是組份不同的纖維，并做到在紗線的橫截面及長度方向上均有短片段不同的顏色組合，又保持較好的紗線條干均勻度。轉杯紡生產技術可以改善紗線中色纖維的混色效果，可用于生產段彩混色紗或混纖紗。

圖1　轉杯紡混色紗的成紗方法

2　實驗原材料與實驗方案

實驗原料為棉粗紗（一種為藍色，粗紗定量為7.600 g/10 m，一種為紅色，粗紗定量為7.486 g/10 m）。實驗用主要儀器設備見表1所示。

表1　實驗儀器設備

2.1　實驗安排

采用線密度、顏色不同的兩根纖維條（粗紗）在同一喂入鉗口以不同的喂入速度（不同的喂入距離）分別送入轉杯紡紗機，經開松、梳理、混合、凝聚與加捻，制成不同混紡比的轉杯混色紗線，所紡得的紗線橫截面內有兩根顏色的纖維構成。通過纖維切片法來研究混紡后的混色效果及規律，采用漢密爾頓指數法分析不同顏色的纖維在橫截面內的分布規律。

2.1.1混紡比

在紗線紡制的過程中，調整組合羅拉中兩組喂入羅拉的喂入速度，實現紡制不同混紡比的混色紗線。采用單一變量法，在保持轉杯紡紗機其他的參數設置不變的條件下，通過改變紅藍兩種色紗的混紡比例，分析混紡比對紗線橫截面內纖維轉移規律的影響。兩種粗紗混紡比設置見表2所示。

表2　紅、藍棉粗紗混紡比設置

2.1.2喇叭口距離

根據兩種有色粗紗50∶50的混紡比計算喂入速度，并進行試紡。在其他參數不變的情況下，通過改變喂入喇叭口的距離，分析喇叭口距離對紗線橫截面內纖維轉移規律的影響，各混紡比的設置情況見表3。

表3　紅、藍粗紗喇叭口距離設置

2.2　混色紗纖維橫截面內纖維轉移測試方法

（1）制作切片：利用哈氏切片器制作樣品切片，在顯微鏡上攝取混色紗的圖像，篩選出對比度最好的照片，經處理后保存圖片纖維。

（2）分布頻數統計和體積分數的計算：根據紗截面切片的顯微鏡圖像，先選定紗心，或先畫紗的外輪廓線，通常以圓為紗的邊界。然后以半徑五等分作外輪廓線的相似形線，若取圓則作5個同心圓，見圖2所示。

圖2　纖維截面同心圓示意圖

在統計每一層圓環各纖維組分的根數時，經常出現一根纖維同時分布在兩個圓環區域中，這就對纖維位置的劃分帶來了困難。因此，采用如下方法：以纖維截面的1/2為界，大于1/2的以1計數，反之，則以0計數；若相鄰圓環中各含1/2的橫截面積，則每一層纖維根數各加1/2[7]。為了使測試 數據結果更加準確，每種混紡比紗樣各做5個切片，分別統計每層圓環中纖維組分的根數，取其平均值，作為各層纖維的頻數分布。

在本次實驗中選取的均為棉纖維，但由于紅、藍兩色棉纖維的線密度不同，其截面積不等，為此將每層纖維根數之比換算成橫截面之比。設T紅、T藍分別為紅色棉纖維與藍色棉纖維的線密度（dtex），ρ紅、ρ藍分別為紅色棉纖維與藍色棉纖維的體積質量，兩者相等，則紅、藍棉纖維的相對體積分數CT=T藍/T紅。

（3）纖維體積分布矩和漢密爾頓指數的計算：紅色纖維實際面積分布一次矩FMA，采用如下公式[8]：

設纖維在紗截面中各層按比例均勻分布，計算紅色纖維的均勻分布一次矩FMU，采用如下公式：

式中，A為紅色纖維的總面積∑Ai，ti=Ai+Bi即各層中紅、藍纖維面積；T=∑ti。

若FMU＞FMA，則紅色纖維優先向內分布，計算A纖維的最大向內分布一次矩FMI。即將所有紅色纖維的截面積依次填入第一層，多余的填入第二層，……，直至填完。然后計算FMI；若FMU

3　實驗結果與討論

3.1　混紡比對轉杯紡混色紗橫截面內纖維轉移的影響

不同纖維混紡比的纖維徑向分布圖表如表4所示。

表4　不同喇叭口距離下纖維徑向分布示意圖

藍色棉纖維轉移指數計算的步驟同紅色棉纖維轉移指數，計算結果如表5所示。

表5　纖維平均轉移指數

續表5

從表4紗線橫截面照片及表5計算結果可見，在轉杯紡混色紗中，紅、藍兩色棉纖維在紗線截面上的分布與其混紡比有密切關系。隨著混紡比例的不同，紗線的結構也發生了變化，纖維內外轉移程度不一致，紅色棉纖維的含量越高，其向內轉移指數越大，有明顯的集束現象。而藍色棉纖維與紅色棉纖維的現象相反，藍色棉纖維優先向內轉移，包覆在紗線的芯層，且隨著混紡比例的增大，藍色棉纖維的含量越少，其向外轉移指數越大。總體紗線內外層纖維的堆砌密度呈現內緊外松的現象。

3.2　不同喇叭口對轉杯紡混色紗橫截面內纖維轉移的影響

不同喇叭口距離纖維徑向分布圖表如表6所示。

表6　不同喇叭口距離下纖維徑向分布示意圖

藍色棉纖維轉移指數計算的步驟同紅色棉纖維轉移指數，計算結果如表7所示。

表7　纖維平均轉移指數

從表6紗線橫截面照片及表7計算結果可見，當喇叭口距離較小時，藍色棉纖維優先向外轉移，紅色棉纖維包覆在紗線外層。隨著喇叭口距離的增大，紗線的結構也發生了變化：藍色棉纖維開始優先向內轉移，包覆在紗線的芯層，且隨著喇叭口距離的增大，其向內轉移指數逐漸增大。

4　結論

（1）轉杯紡混色紗中，紅、藍兩色棉纖維在紗線截面上的分布與其混紡比有密切關系。隨著混紡比例的不同，紗線的結構也發生了變化，纖維內外轉移程度不一致，紅色棉纖維的含量越高，其向內轉移指數越大，有明顯的集束現象；

（2）纖維在轉杯混色紗中所占比例越小，纖維分布在外層的幾率越大。當轉杯混色紗組分含量改變時，紡紗過程中兩顏色組分纖維受到的作用力改變，纖維轉移規律也將隨之改變。在纖維混紡比為50:50時，兩種纖維基本按原混紡比均勻分布；

（3）當喇叭口距離較小時，藍色棉纖維優先向外轉移，紅色棉纖維包覆在紗線外層。隨著喇叭口距離的增大，紗線的結構也發生了變化：藍色棉纖維開始優先向內轉移，包覆在紗線的芯層，且隨著喇叭口距離的增大，其向內轉移指數逐漸增大；

（4）喇叭口距離越小纖維分布相對就越均勻，在喇叭口最近的時候，兩種有色纖維呈較均勻分布。

[1]黃丹香.混色紗的生產[J].北京紡織.1989(5)：60-68.孫緒騰，郭禮江，劉愛華.多組分纖維段彩賽絡紡紗

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[3]葛仙紅，趙俐.花式紗線織物及其發展趨勢[J].上海紡織科技，2005,33(3): 17-19.

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[6]徐舒曼，易洪雷，童藝翾，等.轉杯紡混色紗線橫截面內纖維轉移的分布規律初探[C].第十八屆全國新型紡紗技術交流會論文集，上海，2016.11.18-20.

[7]邰文峰，石紅，楊偉忠.圖像處理技術在混紡紗線纖維分布測試中的應用[C].江蘇省印染助劑情報站第二十三屆年會論文集，南京，2007.10.25-27.

[8]邰文峰，徐鑫華，宮菡菡. 混紡紗線的纖維分布測試研究[J]. 針織工業，2010，(01):64-66.