環錠數碼紡紗線特征參數及其對織物外觀影響

郭明瑞， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

隨著環錠紡紗技術的發展，近年來出現了每錠配置2個粗紗卷裝，2個粗紗通過不同的牽伸通道，被勻速、變速或斷續喂入，使牽伸過程中牽伸比不再保持常量，紡制出線密度或混紡比變化的細紗。為區別起見，本文將普通環錠紡紡制的線密度和混紡比保持不變的細紗稱之為常紗，而線密度或混紡比變化的細紗稱之為變紗。與兩通道數碼紡紗[1]相類似的變紗還包括段彩竹節紗[2-4]、段彩平紗[5-7]和馬賽克紗[8]，這些變紗的紡紗系統雖均屬于兩通道牽伸，但它們的通道牽伸級數和變速牽伸類型各不相同。其中段彩竹節紗的2個通道分別為一級恒定牽伸和二級變速牽伸；段彩平紗的2個通道分別為一級變速牽伸和二級變速牽伸；馬賽克紗的2個牽伸通道均為一級變速牽伸；而數碼紡的2個牽伸通道均為二級變速牽伸。數碼紡的全二級變速牽伸，不僅可以紡制所有種類的變紗，而且其2個通道的牽伸隔距保持完全一致，這種型式較包含有一級牽伸和不等牽伸隔距的段彩竹節紗、段彩平紗和馬賽克紗紡紗系統，更有利于須條纖維的均勻牽伸，從而有著更好的成紗質量。

兩通道數碼紡技術是將環錠細紗機后羅拉設計成2個同軸穿套可獨立回轉的后羅拉，分別由各自的伺服電動機驅動，形成2根粗紗以2個通道獨立輸入，紡紗時由與織物產品特定要求對應的程序分別控制2個后羅拉的速度，紡制出線密度和混紡比2個參量沿紗線長度方向單一變化或兩者同時變化的細紗——數碼紡紗線。數碼紡紗線這種沿紗線軸向的線密度和混紡比變化，在制成織物后形成織物的紋路圖案，它不同于以往的色織中色紗排列和組織配合形成的圖案，不同于提花開口浮長線形成的紋織圖案，也不同于后道印花加工成的圖案，而是一種通過紡紗過程使纖維集合方式變化而在織物上顯現圖案的新方法[9-11]。數碼紡紗線在織物上形成的紋理圖案是由其特征參數決定的，本文通過確定其合理參數，以期實現織物所需的紋理效果。

1 數碼紡紗線的片段結構

1.1 數碼紡紗線片段及其長度

數碼紡紗線可以分解成一連串如圖1所示的片段。在紡紗前首先要向數碼細紗機控制單元輸入每個片段的參數，也就是按順序輸入若干個數組，每一個數組控制數碼紡紗線相應片段的紡制，通過循環執行程序紡制出整根數碼紡紗線。

圖1 數碼紡紗線片段結構示意圖Fig.1 Structure diagram of digital yarn fragment

紡紗過程中，數碼紡紗機由一個片段參數變化到另一個片段參數時，細紗機的機械慣性使得新片段的初始段總是呈一種過渡狀態，過渡狀態長度為l′，它還與機器速度、線密度和混紡比、片段變化梯度等參數有關，然后達到當前片段紡制的穩定狀態并延續一定長度，穩定狀態長度為l，則該片段的總長度為L=l+l′。

1.2 片段中纖維的當量分數

兩通道數碼紡紗線片段數組輸入本質上是控制2個后羅拉的轉動速度，確定2個通道纖維的輸入量。設特定數碼紡紗線線密度的最小值為T，稱之為基準線密度，2個通道纖維的輸入量用λ1T、λ2T表示，λ1、λ2稱之為纖維當量分數，則數碼紡紗線特定片段的線密度是(λ1+λ2)T，片段中2種纖維的混紡比為λ1/λ2。

1.3 數碼紡紗線的片段參數

數碼紡紗線片段參數由片段長度和纖維當量分數組成，因此用數組(L，λ1，λ2)表征不同的片段參數。若數碼紡紗線由n個片段構成，則對應的片段參數為(L1，λ11，λ21)，(L2，λ12，λ22)，…，(Ln，λ1 n，λ2 n)。

2 數碼紡紗線類型及特征

2.1 數碼紡紗線的類型

數碼紡紗線中各個片段的(λ1+λ2)T和λ1/λ2是2個變量，前者對應線密度，后者對應混紡比。數碼紡紗線類型首先根據各個片段的(λ1+λ2)和λ1/λ2是單一變化還是雙重變化，將數碼紡紗線分成單變紗和雙變紗。單變紗又有變支紗和變混紗之分。若構成數碼紡紗線的所有片段的2種纖維線密度保持不變，僅存在著片段混紡比變化，即(λ1+λ2)為常量，λ1/λ2為變量，這類數碼紡紗線稱之為變混紗。而在變支紗中，數碼紡紗線所有片段的混紡比保持不變，僅存在著片段線密度的變化，即λ1/λ2為常量，(λ1+λ2)為變量。變混紗和變支紗分別通過其混紡比或線密度的單一變化賦予織物外觀顏色或粗細交變的紋理效應，前者稱之為段彩效應，后者稱之為竹節效應。

雙變紗是數碼紡紗線中最復雜的種類，其既存在著線密度不相同的片段，也存在著2種纖維混紡比不相同的片段，即(λ1+λ2)和λ1/λ2均為變量。雙變紗通過其線密度和混紡比同時變化形成織物外觀更為豐富的變化效果。雙變紗也可視為變支紗和變混紗2種效果的復合疊加，因此，可以通過分析變混紗和變支紗參數對數碼紡紗線織物外觀紋理的影響，對數碼紡紗線的設計原理加以闡述。

2.2 數碼紡紗線變化的周期性

在數碼紡紗線中，如果連續排列片段的混紡比(或線密度)不呈現周期性變化規律的話，也就是數碼紡紗線片段雜亂排列，這樣的數碼紡紗線稱之為隨機數碼紡紗線，其織物仍與普通混色紗(竹節紗)織物相類似，一般不呈現規整的紋理。而連續遞增(減)排列各片段的混紡比(或線密度)，并以周期性變化的數碼紡紗線稱之為周期性數碼紡紗線。設周期性數碼紡紗線一個周期中的片段數量為n，則第i個片段與第n+i個片段的參數完全相同，周期數碼紡紗線通過其片段參數循環變化在織物上呈現具有美感的外觀紋路，體現出數碼紡紗線的交變風格特點。

2.3 線密度(混紡比)的變化范圍

線密度是紗線的重要參數，線密度一般與紗線強力呈正相關關系，即紗線線密度大其強力也高。在設計紗線線密度時，首先是滿足最終織物產品特性要求，同時要顧及織物加工順利的要求，也就是說，當線密度過小時，因紗線強力太低而增加斷頭的發生，但同時也考慮后道織造過程的順利進行，片段線密度的變化范圍也不能太大。數碼紡紗線線密度通常都是在基準線密度(最小線密度)的基礎上增加，但最大線密度一般不超過基準線密度的2.5倍，即線密度變化范圍Bx為(1.0～2.5)T。

數碼紡可以實現2根粗紗纖維的單一輸入和混合輸入，因此2種纖維的混紡比變化范圍Bh為0/100～100/0。

2.4 數碼紡紗線的周期長度

數碼紡紗線的周期長度Lc為1個周期中所有片段的長度之和。周期長度長，則片段長度也長，在織物上形成的紋路也就寬，但紋路太寬，容易在后道生產的織物上出現因數碼紡紗線斷頭后銜接不良而造成的外觀橫檔。

2.5 1個周期中的片段數

在周期長度確定后，1個周期中片段數量決定了片段的平均長度，由于片段長度過短，其過渡段所占比大，難以良好體現片段的特征；片段長度過長也會造成銜接不良的外觀橫檔。因此以采用等長片段設計為宜，即片段長度L=Lc/n。根據混紡比(線密度)變化范圍Bh(Bx)和片段數，可以得到片段混紡比變化梯度Sh=2Bh/n(片段線密度變化梯度Sx= 2Bx/n)。

3 數碼紡紗線參數對變混紗織物的影響

3.1 混紡比變化范圍的影響

本文所用紅、藍兩色粗紗為純棉原料，粗紗定量均為4.2 g/(10 m)，粗紗捻系數為90，所紡細紗的變化混紡比或線密度均為等梯度變化；紡紗機為常州市同和紡織機械制造有限公司產TH598 S型雙通道數碼細紗機，實驗錠速10 000 r/min；織物在常熟市國盛針織機械廠產GSJX-1-44-14 G型電腦橫機上織制成1+1羅紋組織、幅寬250 mm的橫編織物，機號14 G，織物縱密91.7行/(10 cm)，平均線圈長度0.56 mm，橫密106.3列/(10 cm)；采用佳能9 000 D MARK Ⅱ型掃描儀獲取3種數碼紡紗線織物外觀圖像，掃描分辨率600 dpi，下文所用原料與實驗設備相同。

在保持紗線基準線密度T1為18.5 tex、周期長度為50 m和片段數為10不變的條件下，分別在紅/藍2種纖維混紡比變化范圍(40/60～60/40，等梯度4變化；25/75～75/25，等梯度10；10/90～90/10，等梯度16變化，分別編號為1#、2#、3#)循環變化紡制3種變混紗，對應織物如圖2所示。可以看出，由于3種數碼紡紗線周期長度相同，混紡比變化產生的紋路周期相同，即織物上的條紋寬度相等；同時數碼紡紗線片段數相同，隨著混紡比變化范圍增大，每個片段2種纖維混紡比的變化梯度增大，分別為4%、10%和16%，也就是顏色比例差異增大，根據1個周期中各片段混紡比數值，計算出混紡比CV值分別為13.66%、34.16%和54.65%，所形成的紋路由隱性轉為顯性，混紡比變化為25/75～75/25時(圖2(b))紋路已很清晰，變混紗的段彩效應增強。

圖2 不同混紡比范圍變混紗針織物Fig.2 Weft knit fabrics with different blended ratios

3.2 周期長度的影響

在保持紗線基準線密度T1為18.5 tex、紅/藍2種纖維混紡比變化范圍為25/75～75/25和片段數為10不變的條件下，分別以周期長度25、50和75 m紡制3種數碼紡紗線，同樣在橫機上織制250 mm幅寬的橫編織物，用掃描儀獲取3種數碼紡紗線織物外觀圖像，如圖3所示。可以看出，由于混紡比變化范圍相同，隨著紗線周期長度從25 m增加到50 m和75 m，紋路的寬度相應變寬，紋路寬度分別提高了1倍和2倍；由于片段數相同，每個片段的混紡比步進變化量Sh保持相同，3種變混紗的混紡比CV值均為34.16%，使得紋路清晰程度和段彩效應相當。

圖3 不同周期長度變混紗針織物Fig.3 Weft knit fabrics with different cycle lengths

3.3 片段數量的影響

在保持紗線基準線密度T1為18.5 tex、紅/藍2種纖維混紡比變化范圍25/75～75/25和周期長度50 m不變的條件下，分別以片段數6、10和20紡制3種數碼紡紗線，同樣在橫機上織制250 mm幅寬的橫編織物，圖4示出3種數碼紡紗線織物外觀圖像。可以看出，由于混紡比變化范圍25%～75%保持不變，隨著片段數增加，片段長度縮短，片段混紡比變化的步進量下降，這增加了紋路包含的色種數，過渡色增多，混紡比變化的CV值分別為37.12%、34.16%和31.62%，使得織物的混色效果增強，條紋效應減弱。

圖4 不同片段數變混紗針織物Fig.4 Weft knit fabrics of variable blended ratios yarns with different fragments. (a) 6 fragments; (b) 10 fragments; (c) 20 fragments

4 數碼紡紗線參數對變支紗織物的影響

4.1 線密度變化范圍的影響

在兩通道數碼紡細紗機上，保持藍、紅2種纖維混紡比50/50、基準線密度T2為14.6 tex、周期長度為50 m、片段數為10、線密度等梯度變化的情況下，紡制線密度變化范圍分別為(1.0～1.5)T2、(1.0～2.0)T2和(1.0～2.5)T23種數碼紡紗線，然后在橫機上織制250 mm幅寬的橫編織物，為了表征紗線線密度變化，掃描儀采用背光透射模式獲取3種數碼紡紗線織物外觀圖像，如圖5所示。可以看出，織物上線密度低處形成亮紋，線密度高處形成暗紋，由于3種數碼紡紗線周期長度相同，線密度變化產生的紋路周期相同，即織物上的條紋寬度相等；隨著線密度從最低的基準線密度14.5 tex提高到21.8、29.0和36.3 tex，變化范圍增大，根據一個周期中各片段線密度數值，計算出線密度CV值分別為13.66%、22.77%和29.28%，所形成的紋路明暗也越來越分明，竹節效應增強。

圖5 不同變線密度紗針織物透視圖Fig.5 Perspective view of weft knit fabrics of variable linear density yarns

4.2 變支紗周期長度的影響

在保持藍、紅2種纖維混紡比50/50、基準線密度T2為14.6 tex、線密度變化范圍(1.0～2.0)T2、線密度等梯度變化、片段數10的情況下，紡制周期長度分別為25、50和75 m的變支紗，然后在橫機上織制250 mm幅寬的橫編織物，3種數碼紡紗線織物外觀圖像如圖6所示。可以看出，隨著變支紗周期長度從25 m增加到50 m和75 m，紋路的寬度相應變寬，紋路寬度分別提高了1倍和2倍；同時由于線密度變化范圍相同，一個周期的片段數相同，則線密度CV值相等，均為22.77%，呈現的竹節效應相當。

圖6 不同周期長度變支紗織物透視圖Fig.6 Perspective view of weft knit fabrics of variable linear density yarns with different cycle lengths

4.3 變支紗片段數量的影響

在保持藍、紅2種纖維混紡比50/50、基準線密度T2為14.6 tex和周期長度50 m不變的條件下，以線密度變化范圍(1.0～2.0)T2紡制片段數為6、10和20的變支紗，同樣在橫機上織制250 mm幅寬的橫編織物，3種數碼紡紗線織物外觀圖像如圖7所示。可以看出，由于混紡比變化范圍25%～75%保持不變，隨著片段數增加，片段長度縮短，片段混紡比變化梯度下降，這增加了紋路包含的竹節梯度，線密度CV值分別為24.98%、22.77%和21.08%，呈現下降的趨勢，使得織物條紋的竹節效應減弱。

圖7 不同片段數變支紗織物透視圖Fig.7 Perspective view of weft knit fabrics of variable linear density yarns with different fragments in one cycle. (a) 6 fragments; (b) 10 fragments; (c) 20 fragments

5 結 論

1)數碼紡紗線1個周期長度內包含有一系列紗線片段，片段參數包括片段長度和通道纖維當量分數。對于兩通道數碼紡紗線特定片段，其混紡比則為當量分數的比值，線密度為基準線密度的兩通道當量分數之和的倍數。

2)數碼紡紗線的特征參數包括：基準線密度、混紡比(線密度)變化區間、周期長度、片段數(或變化梯度)。就變混紗而言，其混紡比變化區間決定其段彩效應的強弱，其它條件相同的情況下，混紡比變化區間越大，紗線的混紡比CV值越大，織物條紋的段彩效應越強；紗線周期決定變混紗織物橫條的寬度，周期越長，橫條越寬；1個周期中片段數量多少對段彩效應有一定影響，隨片段數增多，段彩效應減弱。

3)就變支紗而言，其線密度變化區間決定其竹節效應的強弱。在其他條件相同的情況下，線密度變化區間越大，紗線的線密度CV值越大，織物條紋的竹節效應越強；紗線周期決定變支紗織物橫條的寬度，周期越長，橫條越寬；1個周期中片段數量多少對竹節效應有一定影響，隨片段數增多，竹節效應減弱。