環(huán)錠紡漸變色紗的結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)研究進(jìn)展

王 勇，于偉東

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000； 2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；3.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

復(fù)合紡紗技術(shù)最早用在環(huán)錠紡紗機(jī)上，紡成長(zhǎng)絲/短纖維復(fù)合紗的研究始于20世紀(jì)30年代末[1]，且當(dāng)時(shí)的復(fù)合紡紗是特指長(zhǎng)/短(F/S)復(fù)合紡。隨后在60年代擴(kuò)展到了轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上[2]。而2短須條(S/S)的復(fù)合紡，俗稱A/B紗和包芯紗，早在19世紀(jì)末就已在紡紗廠出現(xiàn)，因?yàn)椴恍枰黾尤魏胃郊友b置，只需2根須條就可進(jìn)行復(fù)合紡紗，而且在20世紀(jì)早期已出現(xiàn)S/S復(fù)合紡技術(shù)[3]，故復(fù)合紡紗的精準(zhǔn)定義，是指在同臺(tái)細(xì)紗機(jī)上以多軸系(n≥2)喂入的紡紗方式。包括短纖維/短纖維復(fù)合的賽絡(luò)紡(Sirospun)，短纖維/長(zhǎng)絲復(fù)合的包纏、包芯和互扭的復(fù)合紡等[4]。結(jié)構(gòu)紡紗指以調(diào)整成紗結(jié)構(gòu)、纖維分布和條干突變的紡紗，如集聚紡(Compact spun)[5]、分束紡(Solospun)[6]和竹節(jié)(間斷喂入)紡紗等。

結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗始于20世紀(jì)末21世紀(jì)初，是指基于結(jié)構(gòu)調(diào)整的多軸系復(fù)合紡紗[4]，如漸變紗、F/S結(jié)子紗等；復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗始于21世紀(jì)10年代，是指基于多軸系復(fù)合的結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)，如扭妥紡Nu-TorqueTM技術(shù)[7]，漸變2須條含量比的漸變色紡紗(亦稱為“段彩紗”)[8]等。段彩紗漸變紡紗與結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗最為本質(zhì)的區(qū)別在于，漸變色紡紗[8]是沿紗線的軸向方向纖維含量發(fā)生變化；而結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗是纖維含量不變而只是在紗線的徑向分布位置上發(fā)生變化。

本文首先對(duì)喂入式漸變紡技術(shù)作系統(tǒng)概述，指出其存在的不足；然后，介紹基于環(huán)錠紡的輸出式漸變色結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)，可為結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗的深入研究提供方向和有效借鑒。

1 喂入式漸變紗復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)進(jìn)展

目前，漸變紗主要有以下幾種制備方法：針梳并條工藝進(jìn)行段彩配色、并條機(jī)分段喂入、三羅拉細(xì)紗機(jī)和四羅拉細(xì)紗機(jī)。其中，采用針梳并條工藝進(jìn)行段彩配色和并條機(jī)分段喂入2種技術(shù)用于生產(chǎn)段彩須條，然后經(jīng)過粗紗和細(xì)紗工藝紡制段彩紗，多用于毛紡系統(tǒng)，且設(shè)備價(jià)格昂貴。基于三羅拉/四羅拉的喂入式漸變復(fù)合結(jié)構(gòu)紡技術(shù)需要在細(xì)紗機(jī)上加裝段彩紗裝置，同時(shí)對(duì)設(shè)備部件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制[9]，存在不易實(shí)現(xiàn)高速紡紗、紡紗機(jī)改造幅度較大、花色循環(huán)調(diào)節(jié)不夠靈活、紗線條干質(zhì)量有待提高等不足。

1.1 喂入式漸變色紡紗紡紗原理與存在的問題

喂入式漸變紗紡紗目前僅限于環(huán)錠紡，一般采用雙須條的方式。其紡紗原理是：采用等細(xì)度的2束不同顏色的短纖維須條A和B，以互補(bǔ)耦合的方式喂入不同的含量a與b(a+b=1)來調(diào)控在成紗中的混合比(a/b)，從而達(dá)到成紗顏色在2須條a、b含量間的來回變化，即a/b>1，呈A色多一點(diǎn)，a=1，完全呈A色；而a/b<1，呈B色多一點(diǎn)，b=1，完全呈B色；a/b=1，呈二者的中間混色。喂入式漸變紡紗的原理本質(zhì)上是混紡原理。由此，就會(huì)產(chǎn)生2個(gè)問題：一是混紡的均勻性問題；另一個(gè)是當(dāng)a=1或b=1時(shí)，須條B或A的漸變連續(xù)性問題。

混紡均勻性問題涉及2個(gè)問題：其一是纖維間混紡均勻性的問題，其二是須條間組合比的穩(wěn)定(a/b=vA/vB，即2粗紗的牽伸速度比)問題。第1個(gè)問題目前還未見解決方法，因?yàn)槌Ｒ?guī)混合問題主要集中在開松和梳理加工及并條，均是多道加工的結(jié)果，平均混合不勻率在3%左右，而短片段的混合不勻可達(dá)15%以上，橫截面間的纖維根數(shù)不勻在20%以上，僅靠細(xì)紗紡紗中合并后的一道牽伸不能解決；第2個(gè)問題，雖然牽伸速度上可以嚴(yán)格控制，但無法消除粗紗條本身的不勻，故無法做到根除。而粗紗條本身的不勻率一般在5%～7%，最好的約在4%。

須條B或A的漸變連續(xù)性問題也未見解決方法，因?yàn)閍=0或b=0時(shí)，A或B粗紗條頭端前沒有引導(dǎo)的纖維，即不存在摩擦滑移的牽伸作用。因此，解決此問題一般只能采取2種方式：一是2須條都須留有保持須條連續(xù)牽伸的一定余量(8%～10%)，即無法做到滿色，因而變色范圍縮小；二是為保持連續(xù)性，增加第3根粗紗條，而第3根粗紗條顏色的最佳選擇是：a/b=1。但是，該顏色粗紗條的引入，不僅增加了一條質(zhì)量比5∶5混合的粗紗加工，而且使成紗的中間色范圍增大，這與留出余量的做法屬同樣性質(zhì)。為了減少變色范圍的增大，需將該粗紗條變細(xì)，而要達(dá)到理論變色范圍不變，則該粗紗條須不存在，故無解。添加一根須條的優(yōu)勢(shì)在于可使成紗條干均勻化。這也是國(guó)內(nèi)把漸變紗稱為“段彩紗”的原因，高速紡紗時(shí)，顏色的連續(xù)均勻的漸變問題尚未得到解決。

1.2 喂入式三羅拉漸變復(fù)合結(jié)構(gòu)紡技術(shù)

1.2.1 雙粗紗條

謝春萍等[10]在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上的中、后羅拉鉗口分別喂入粗紗條，使用2套伺服系統(tǒng)單獨(dú)控制中羅拉和后羅拉，以達(dá)中后羅拉配合變速的方法紡制段彩紗。因采用雙粗紗喂入方式，會(huì)產(chǎn)生混色均勻性和須條連續(xù)性問題，進(jìn)而使成紗條干和力學(xué)性能較差。

張洪等[11]通過加載ZJ-5A型智能竹節(jié)紗控制器的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)通過混紡的辦法生產(chǎn)段彩竹節(jié)紗。使用一種中后羅拉配合變速生產(chǎn)段彩紗的伺服電動(dòng)機(jī)竹節(jié)紗控制裝置，生產(chǎn)一種賽絡(luò)紡段彩紗[12]。該紡紗技術(shù)對(duì)配套裝備機(jī)械協(xié)同性要求較高，且未能解決三羅拉喂入式存在的共性問題。

朱預(yù)坤等[13]使用一種中后羅拉配合變速生產(chǎn)段彩紗的伺服電動(dòng)機(jī)竹節(jié)紗控制裝置，結(jié)合索羅紡紡紗工藝生產(chǎn)段彩紗，屬于雙粗紗喂入方式。由于分束紡工藝的引入，使得成紗力學(xué)性能有所改善，但仍未解決三羅拉喂入式存在的共性問題。

陳偉雄[14]將2粗紗分別經(jīng)后固定羅拉和后活套羅拉喂入，合理控2粗紗的喂入速度而保持總喂入量不變，實(shí)現(xiàn)等線密度喂入紡紗。該技術(shù)對(duì)配套裝備機(jī)械協(xié)同要求高，且未解決三羅拉喂入式存在的共性問題。

王曉秋[15]將粗紗分別從中羅拉、后羅拉喂入，經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)控制裝置改變羅拉速度，瞬間改變羅拉單位時(shí)間內(nèi)的粗紗喂入量，從而達(dá)到段彩的目的。由于喂入量的瞬時(shí)改變，會(huì)導(dǎo)致成紗粗細(xì)差異較大、成紗條干和力學(xué)性能差。

劉新金等[16]將彩色絹絲粗紗作為飾紗從后羅拉間斷喂入，白色棉粗紗作為基紗從中羅拉喂入，二者經(jīng)前區(qū)牽伸，在前羅拉鉗口匯合后加捻成紗。三羅拉分別由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)，通過第1粗紗和第2粗紗同時(shí)由后羅拉喂入，后皮輥采用直徑不同的兩段式結(jié)構(gòu)，中羅拉采用兩段控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙色段彩紗的紡制[17]。該紡紗技術(shù)對(duì)配套裝備機(jī)械協(xié)同性高、能耗大。

杜紅專等[18]將三羅拉分別由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)在中羅拉軸上連接有第1羅拉套和第2羅拉套，主體粗紗由后羅拉連續(xù)喂入，輔助粗紗由中羅拉間斷喂入，實(shí)現(xiàn)段彩紗的紡制。屬于雙粗紗喂入方式，未能解決三羅拉喂入式存在的共性問題。

查小剛等[19]通過改造并設(shè)定特殊結(jié)構(gòu)的后羅拉驅(qū)動(dòng)齒輪，得到一定要求的雙色段彩紗等。這是一種雙須條差動(dòng)式的漸變調(diào)節(jié)的漸變紡紗方法，其致命弱點(diǎn)是成紗的粗細(xì)差異大、強(qiáng)度低，雙機(jī)構(gòu)牽伸互補(bǔ)的一致性低、且能耗大。

綜上，基于雙粗紗條的喂入式三羅拉漸變結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)未能有效解決漸變紗的混色均勻性和漸變連續(xù)性兩大本質(zhì)問題。

1.2.2 三粗紗條

陳偉雄[20]在三羅拉細(xì)紗機(jī)的中、后羅拉軸上分別加裝固定和活套羅拉，實(shí)現(xiàn)三軸系五羅拉復(fù)式同軸雙牽伸紡紗，將2種不同組分或不同色彩的纖維，分段以設(shè)定的長(zhǎng)度及不同組分組合，捻合成具有等線密度、有段彩效果的紗線。屬于3粗紗喂入方式，解決了連續(xù)性問題。

薛元等[21]使三元色紗耦合牽伸系統(tǒng)的后羅拉嵌套在芯軸上的三段環(huán)圈相互獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，且保持3個(gè)環(huán)圈的表面線速度之和為常量，或3個(gè)有色粗紗的牽伸倍數(shù)的和為常量，從而獲得粗細(xì)均勻、色彩任意的段彩紗，屬于三粗紗喂入方式，解決了連續(xù)性問題。

綜上，基于三粗紗條的喂入式三羅拉漸變結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)可改善漸變連續(xù)性，但第3須條的引入會(huì)縮小復(fù)合紗的漸變范圍，同時(shí)不利于高支紗的生產(chǎn)。

1.3 喂入式四羅拉漸變復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)

1.3.1 雙粗紗條的后置加耦合漸變區(qū)

李恩生等[22]在普通三羅拉細(xì)紗機(jī)后方加裝一喂入羅拉。一組纖維須條經(jīng)第4羅拉喂入，而后經(jīng)正常牽伸工藝輸出，另一組纖維須條經(jīng)第3羅拉間歇喂入后與第1組纖維須條匯合加捻成紗。因2組設(shè)計(jì)不對(duì)稱，雖一組多一道牽伸，混合均勻性有所提高，但效率較低。

錢文龍等[8]在毛紡細(xì)紗機(jī)的牽伸機(jī)構(gòu)中添加1根后羅拉，2根后羅拉根據(jù)成紗顏色的變化要求分別交替喂入不同顏色的紗線，通過2個(gè)單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)分別控制，并且使2組不同輸入速度的紗線的輸入總定量保持不變，在中羅拉后方處匯合并依次經(jīng)中羅拉、前羅拉牽伸而加捻成紗。因還原2道牽伸，混合均勻性有所提高。

劉新金等[23-24]采用四羅拉牽伸，四羅拉均采用單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)控制，涉及混合均勻性問題，因還原2道牽伸，混合均勻性有所提高。

綜上，基于雙粗紗條的后置加耦合漸變區(qū)的四羅拉漸變復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)可在一定程度上改善混合均勻性，但仍未涉及漸變色連續(xù)性問題。

1.3.2 雙粗紗條的前置牽伸區(qū)

國(guó)外也有此方面報(bào)道，如LAMBERT等[25]在前羅拉的后上方加裝一組羅拉及皮圈，基紗條正常喂入，飾粗紗通過調(diào)節(jié)加裝羅拉速度，獲得不同程度的細(xì)化牽伸，進(jìn)而與正常輸出的須條匯聚成竹節(jié)紗，使其縱向呈現(xiàn)漸變色彩。因還原2道牽伸，混合均勻性相對(duì)有所提高。由于針對(duì)性地解決混色(混合)均勻性的問題，并將一個(gè)超大牽伸區(qū)域變?yōu)閮蓞^(qū)牽伸，既滿足了道數(shù)的增加和出紗速度不變，又降低了各牽伸區(qū)的牽伸倍率，可有效解決高速牽伸下，纖維運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)的問題。

1.3.3 三粗紗條的后置加耦合漸變區(qū)

謝春萍等[26]在包含四羅拉四皮圈三區(qū)牽伸形式的超大牽伸細(xì)紗機(jī)上采用三粗紗喂入方法生產(chǎn)段彩紗。因采用四羅拉四皮圈三區(qū)牽伸形式，可實(shí)現(xiàn)超大牽伸，有效提升紡紗效率，且可為高支紗紡制提供設(shè)備保障。可實(shí)現(xiàn)最多具有3種不同色彩的多組分漸變紗的生產(chǎn)，但漸變調(diào)節(jié)范圍有限，又因添加了有色須條量，能耗更大。

1.4 喂入式漸變紗復(fù)合結(jié)構(gòu)紡技術(shù)的不足

喂入式三羅拉/四羅拉漸變結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)，均通過在輸入端對(duì)喂入的粗紗條進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到成紗顏色的變換。該技術(shù)主要存在以下不足：①喂入式漸變色紗配套的紡紗裝備存在機(jī)械協(xié)同要求高、性價(jià)比較低、操作較繁雜、能耗高、效率低等不足；②喂入短纖維須條僅靠細(xì)紗紡紗中合并后的1道牽伸或2道牽伸，與常規(guī)開松梳理和多道并條混合相比，均勻性難以保障，故無法消除粗紗條本身的不勻，進(jìn)而會(huì)造成成紗條干不勻而成紗力學(xué)性能下降；③無法實(shí)現(xiàn)漸變的連續(xù)性。2粗紗條喂入方式無法實(shí)現(xiàn)其中1根紗條的零喂入(即無法做到滿色效果)，因?yàn)檫@將無法連續(xù)紡紗，而且在低比例喂入時(shí)極易斷頭，故成紗變粗，不適于紡高支紗。雖然3粗紗條喂入式可以保持一定的漸變連續(xù)性，但會(huì)導(dǎo)致變色范圍的縮小。

為此，亟需開發(fā)一種新型紡紗技術(shù)，具有機(jī)構(gòu)裝配實(shí)用、操作簡(jiǎn)單、成紗條干和力學(xué)性能得以改善等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用。

2 輸出式漸變紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)進(jìn)展

近年來，復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗技術(shù)和結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)呈較快發(fā)展，尤其是近5年東華大學(xué)紡織材料與技術(shù)和纖維軟物質(zhì)(Textile Materials and Technology & Fibrous Soft Matter, TMT-FSM)團(tuán)隊(duì)提出一系列環(huán)錠紡輸出式漸變紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)設(shè)備改造簡(jiǎn)單，僅需在前羅拉鉗口前部加裝匯聚針調(diào)控機(jī)構(gòu)，即可實(shí)施漸變紗的成形，紗線結(jié)構(gòu)調(diào)控性強(qiáng)、變色頻率(周期)選擇靈活性高，且可有效改善紗線條干不勻、提升力學(xué)性能，故可實(shí)現(xiàn)高速紡紗，既可為低耗、高品質(zhì)、細(xì)支化加工提供技術(shù)基礎(chǔ)，又可為先進(jìn)紡紗技術(shù)的創(chuàng)新提供借鑒。

2.1 輸出式漸變色紡紗原理與問題的解決

輸出式漸變色紡紗原理是，從細(xì)紗機(jī)正常牽伸輸出的2束短纖維須條A和B在前羅拉鉗口前部匯聚，通過對(duì)匯聚點(diǎn)實(shí)施調(diào)節(jié)，使其以一定規(guī)律和頻率發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而使須條A和B的相互包纏比發(fā)生對(duì)應(yīng)規(guī)律或頻率的變化，而達(dá)成成紗顏色在2須條A和B之間的來回變化。當(dāng)匯聚點(diǎn)偏向須條A時(shí)，B須條對(duì)A須條實(shí)施最大包纏，使須條B完成包覆在外而顯B色；當(dāng)匯聚點(diǎn)偏向須條B時(shí)，A須條對(duì)B須條實(shí)施最大包纏，使須條A完成包覆在外而顯A色。因采取以結(jié)構(gòu)分層調(diào)整的復(fù)合紡紗，故輸出式漸變紡紗的本質(zhì)原理是復(fù)合而非混合。

對(duì)于輸入式漸變色紡紗存在的混色均勻性問題，輸出式漸變色紡紗則能完全規(guī)避。由于根據(jù)遮蓋面積的大小而呈色，故取決于包纏須條的寬度和螺距；而分辨率的大小取決于加捻螺旋線的螺距，所以能有效解決漸變紗復(fù)合遮擋的均勻性問題；對(duì)于分辨率，因通常觀察距離一般在20 cm以上，此時(shí)裸眼的分辨率在亞毫米范圍，即100 μm以上，混色的均勻性，即目測(cè)顏色的單一純正性，同樣能保障。若要保證2種顏色的纖維在同一平面，而排除高低起伏的影響，即恰好能鋪滿表層，其含量越少越好，由此紗線可以做得更細(xì)，或使高檔纖維原料(羊絨、白牦牛絨等)用得更精巧；而紗線變細(xì)，螺距更短，色的均勻性必將更大，這是一舉多得的結(jié)構(gòu)調(diào)整方式。

對(duì)于須條A或B的連續(xù)性問題，由于輸出式漸變色紡紗本身軸系(須條)就是連續(xù)的，所以連續(xù)性問題不存在。除紡紗斷頭外，2須條合并后成紗條干均勻度更高、成紗強(qiáng)度更高、柔軟性更大。

喂入式漸變色紡紗存在的混紡均勻性和須條連續(xù)性問題，在輸出式漸變色紡紗中完全消失。這充分表明結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)成紗性質(zhì)的決定性作用。

2.2 漸變色結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)

東華大學(xué)TMT-FSM團(tuán)隊(duì)近年來在輸出式漸變色結(jié)構(gòu)復(fù)合紡方面展開了較深入的原創(chuàng)性研究，所紡漸變色紗可直接織造成特殊過渡色塊組合和漸變紋理效果的織物。

2.2.1 前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紡

前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紗的加工成形如圖1所示[27]。其技術(shù)特征在于：左、右須條出前羅拉鉗口后在自然匯聚點(diǎn)A匯集，U形針在發(fā)生與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制下在A的左右平動(dòng)線上作周期性或非周期性、定頻率或變頻率的左右移動(dòng)，還可以通過U形針的前后移動(dòng)來調(diào)節(jié)匯聚點(diǎn)A的位置，以改變包纏角達(dá)包纏比的預(yù)調(diào)整。當(dāng)U形針達(dá)到最左端時(shí)，右須條對(duì)左須條實(shí)施最大包纏，顯示右須條顏色；反之，當(dāng)U形針達(dá)到最右端時(shí)，左須條對(duì)右須條實(shí)施最大包纏，顯示左須條顏色。該技術(shù)不考慮各須條張力的不變性。

1—U形針；2、3—左、右集束器；4、5—左、右須條；6—前羅拉；8—左右平動(dòng)線；9—前羅拉鉗口；71—匯聚點(diǎn)耦合包纏漸變色混色紗；72、73—左、右耦合包覆漸變色單色紗。圖1 前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紗的加工成形

2.2.2 變張力前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紡

變張力前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紗的加工成形如圖2所示[28]。其技術(shù)特征在于：通過匯聚針的周期或變周期左右移動(dòng)及長(zhǎng)絲或紗線張力的同步減小，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)絲或紗線對(duì)短纖維須條的包纏；反之，長(zhǎng)絲或紗線張力同步增加時(shí)，實(shí)現(xiàn)短纖維須條對(duì)長(zhǎng)絲或紗線的包纏，最終形成周期或變周期顏色、表觀纖維組分外觀形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)漸變紗。與2.2.1相比，在實(shí)際紡紗加工中操作更容易，精準(zhǔn)可控。因?yàn)殚L(zhǎng)絲的介入，成紗力學(xué)性能更優(yōu)，且對(duì)高速紡紗適應(yīng)性更強(qiáng)。該技術(shù)充分考慮各軸系紗體張力的不變性。

1—匯聚針；2—長(zhǎng)絲張力控制器；3—集束器；4—導(dǎo)紗鉤； 5—短纖維須條；6—長(zhǎng)絲或紗線；8、9、10—前、中、后羅拉；11—前羅拉鉗口；71—長(zhǎng)絲或紗線全包纏短纖漸變復(fù)合紗；72—短纖全包纏長(zhǎng)絲或紗線漸變復(fù)合紗。圖2 變張力前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紗的加工成形

2.2.3 變張力自然匯聚耦合包纏式漸變紡

長(zhǎng)絲束變張力自然匯聚耦合包纏式漸變紗的加工成形如圖3所示[29]。其技術(shù)特征在于：通過長(zhǎng)絲束張力的周期或變周期調(diào)控，在自然匯聚點(diǎn)處，長(zhǎng)絲束張力增大時(shí)，實(shí)現(xiàn)短纖維須條對(duì)長(zhǎng)絲束的包纏；反之，當(dāng)長(zhǎng)絲束張力減小時(shí)，實(shí)施長(zhǎng)絲束對(duì)短纖維須條的包纏，而形成周期或變周期顏色、表觀纖維組分外觀形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)漸變的耦合漸變復(fù)合紗。與2.2.1相比，在實(shí)際紡紗加工中更容易操作，精準(zhǔn)可控。因?yàn)殚L(zhǎng)絲組分的介入，成紗力學(xué)性能更優(yōu)，且對(duì)高速紡紗適應(yīng)性更強(qiáng)。該技術(shù)充分考慮了各軸系紗體張力的不變性。

1—長(zhǎng)絲束張力控制器；2—張力調(diào)控機(jī)構(gòu)；3—集束器；4—導(dǎo)紗鉤；5—短纖維須條；6—長(zhǎng)絲束；9、10—中、后羅拉；11—前羅拉鉗口；71—長(zhǎng)絲束全包纏短纖漸變復(fù)合紗；72—短纖全包纏長(zhǎng)絲束漸變復(fù)合紗；81—前下金屬羅拉。圖3 長(zhǎng)絲束變張力自然匯聚耦合包纏式漸變紗的加工成形

2.2.4 定匯聚角S/S耦合漸變紡

前置定匯聚角S/S耦合漸變結(jié)構(gòu)復(fù)合紗的加工成形如圖4所示[30]。

1—三叉針；2—左集束器；3—右集束器；4—左短纖維須條；5—右短纖維須條；6—前羅拉；8—前羅拉鉗口；71—匯聚點(diǎn)耦合包纏漸變結(jié)構(gòu)紗；72、73—左、右耦合包覆漸變結(jié)構(gòu)紗。圖4 前置定匯聚角S/S耦合漸變結(jié)構(gòu)復(fù)合紗的加工成形

其技術(shù)特征在于：紡紗機(jī)構(gòu)是由一置于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉前、可在自然匯聚點(diǎn)軸線上作初始匯聚角調(diào)節(jié)、沿包纏須條匯聚角軸線方向作山形左右的上下坡移動(dòng)的三叉針和一對(duì)用于左、右短纖維須條(S/S)定位與集束聚攏的集束器，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與頻率發(fā)生機(jī)構(gòu)等組成。通過三叉針的山形左右的上下坡移動(dòng)，使右、左須條在無張力變化的條件下，分別對(duì)左、右須條實(shí)施包纏，而呈周期或變周期的顏色或表觀纖維組分的漸變。該技術(shù)始終保持各須條在自然形式下移動(dòng)，保持最大通道特征。

2.2.5 定半徑式耦合漸變紡

定半徑軌道式耦合漸變紗的加工成形如圖5所示[31]。其技術(shù)特征在于：紡紗機(jī)構(gòu)是由一置于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉前、可在自然匯聚點(diǎn)軸線上作初始匯聚角調(diào)節(jié)、沿包纏須條匯聚角軸線方向作等半徑軌道式弧形左右移動(dòng)的三叉針和一對(duì)用于左、右短纖維須條(S/S)定位與集束聚攏的集束器，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與頻率發(fā)生機(jī)構(gòu)等組成。通過對(duì)稱點(diǎn)處三叉針的沿等半徑軌道向左(右)移動(dòng)使右(左)須條對(duì)左(右)須條實(shí)施包纏，而呈周期或變周期的顏色或表觀纖維組分的漸變。

1—三叉針；2—左集束器；3—右集束器；4—左短纖維須條；5—右短纖維須條；6—前羅拉；8—前羅拉鉗口；9—等半徑軌跡線；71—匯聚點(diǎn)耦合包纏漸變結(jié)構(gòu)紗；72、73—左、右耦合包覆漸變結(jié)構(gòu)紗。圖5 定半徑軌道式耦合漸變紗的加工成形

2.2.6 變跨距軌道式耦合漸變紡

變跨距軌道式耦合漸變紗的加工成形如圖6所示[32]。其技術(shù)特征在于：紡紗機(jī)構(gòu)是由一置于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉前、可作變跨距弧形軌道移動(dòng)而調(diào)節(jié)左右短纖維須條(S/S)相互間耦合包纏比的三叉針和一對(duì)用于左、右短纖維須條定位與集束聚攏的集束器，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與頻率發(fā)生機(jī)構(gòu)等組成。通過三叉針的沿變跨距弧形匯聚軌道向左(右)移動(dòng)使右(左)須條對(duì)左(右)須條實(shí)施包纏，而呈周期或變周期的顏色或表觀纖維組分的漸變。紡紗成形過程中各須條所受張力恒定。

1—三叉針；2—左集束器；3—右集束器；4—左短纖維須條；5—右短纖維須條；6—前羅拉；8—前羅拉鉗口；9—變跨距弧形軌跡線；71—匯聚點(diǎn)耦合包纏漸變結(jié)構(gòu)紗；72、73—左、右耦合包覆漸變結(jié)構(gòu)紗。圖6 變跨距軌道式耦合漸變紗的加工成形

2.3 輸出式漸變紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

輸出式漸變色紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)旨在對(duì)前羅拉鉗口前部的匯集點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)匯集點(diǎn)以一定的周期性或非周期性、定頻率或變頻率的規(guī)律移動(dòng)。其主要優(yōu)勢(shì)在于：①與喂入式漸變色紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)相比，輸出式漸變紗紡紗機(jī)構(gòu)改造簡(jiǎn)便、操作容易、可控性強(qiáng)、能耗低且對(duì)高速紡紗的適應(yīng)性更強(qiáng)；②漸變色紗成紗條干不勻得以改善，力學(xué)性能更優(yōu)良；③因其須條輸出的連續(xù)性，故更適于紡制高支紗；④漸變紗的結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)在未來應(yīng)用廣泛，如漸變紗可用于直接織造繪畫式的工藝品，甚至藝術(shù)品，可以在緯編針織物上產(chǎn)生清晰的豎狀條紋和圖案；可以制造出不同區(qū)域具有不同功能的制品，如口罩左側(cè)完成無阻力地吸入干凈新鮮空氣并兼具防PM2.5的功能，右側(cè)完成低阻力地呼出高含濕量的CO2氣體并兼具殺菌和導(dǎo)水功能，就如同平面打印一樣等。

3 結(jié)束語

在漸變色紗常見制備方法中，采用針梳并條工藝進(jìn)行段彩配色和并條機(jī)分段喂入2種技術(shù)用于生產(chǎn)段彩須條，還需通過粗紗、細(xì)紗工序紡制而成，加工流程長(zhǎng)、能耗較高；喂入式三羅拉/四羅拉漸變色紗復(fù)合結(jié)構(gòu)紡技術(shù)存在混紡均勻性和須條連續(xù)性兩大問題。此外，配套紡紗裝備存在各組部件機(jī)械協(xié)同要求高、能耗大而效率低；所紡紗線的花色循環(huán)調(diào)節(jié)不夠靈活；漸變紗條干質(zhì)量和力學(xué)性能有待提高，不適合高速紡紗。

為有效規(guī)避上述不足，TMT-FSM團(tuán)隊(duì)在輸出式漸變色紗結(jié)構(gòu)復(fù)合紡技術(shù)方面開展了系列原創(chuàng)性工作， 如前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紡、變張力前置移動(dòng)耦合包纏式漸變紡、變張力自然匯聚耦合包纏式漸變紡、定匯聚角S/S耦合漸變紡、定半徑式耦合漸變紡、變跨距軌道式耦合漸變紡等。裝備改造簡(jiǎn)單、能耗低效率高；基于遮蓋顯色的漸變周期或頻率調(diào)控性強(qiáng)；成紗條干不勻明顯改善(其理論不勻下降約30%)、成紗力學(xué)性能改善，易于紡制高支紗。此外，該漸變色紗應(yīng)用較廣泛，如數(shù)字化藝術(shù)品等。輸出式漸變色結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗可為高效、低能耗、高品質(zhì)、細(xì)支化加工提高基礎(chǔ)，適于大面積推廣應(yīng)用。