針織物圖案變化與精準(zhǔn)紡紗工藝的關(guān)系模型

董真真,李文雅,孟天玉,梁建行,任學(xué)勤

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

基于一根自固結(jié)子線將圖案與面料合為一體編織成型是一種個(gè)性化發(fā)展的趨勢。采用自固結(jié)子線的結(jié)子部分構(gòu)成針織物圖案的成型方式不僅改變了傳統(tǒng)織物圖案成形的方法、縮短了工藝流程,并且圖案風(fēng)格獨(dú)特,具有立體效果[1-2]。陳少蘭[3]、杜霞等[4]在針織物圖案研究基礎(chǔ)上,分析結(jié)子線結(jié)子位置的分布與紡紗工藝參數(shù)之間的關(guān)系以及結(jié)子線的各段長度與布面圖案之間的關(guān)系,得到精確紡制結(jié)子線的工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ),并織造出蝴蝶、寶相花、圣誕樹等6款較為復(fù)雜的針織物圖案。邱艷茹等[5]將定位圖案與機(jī)織物相結(jié)合,采用MatLab軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從模板圖案快速轉(zhuǎn)換成紡紗工藝參數(shù),并利用非剛性配準(zhǔn)技術(shù)對形變織物圖案進(jìn)行校準(zhǔn),降低人工計(jì)算成本,并織造出具有君子樹和蘑菇圖案的機(jī)織物。

本文在調(diào)節(jié)控制結(jié)子線紗線段長度織造出不同放大倍數(shù)精準(zhǔn)圖案針織物的基礎(chǔ)上,建立圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長、紡紗工藝參數(shù)之間的關(guān)系模型。在設(shè)定織物尺寸不變的條件下,將所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)圖案等比例橫向放大2、3倍,研究循環(huán)紗長、紡紗工藝參數(shù)的變化規(guī)律,以建立在圖案調(diào)節(jié)大小時(shí)快速確定不同大小圖案的針織物的循環(huán)紗長及各紗線段長度并確定紡紗工藝參數(shù)的模型,降低人工計(jì)算成本,減少圖案試織、工藝調(diào)整次數(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

原料:實(shí)驗(yàn)使用的自固結(jié)子線由芯紗和固紗構(gòu)成,芯紗為白色棉紗(紗線線密度33.2 tex,冠杰紡織有限公司),固紗為黑色滌綸長絲(紗線線密度8.3 tex,諸暨市儀秋針織廠)。結(jié)子位置及大小可調(diào)控的自固結(jié)子線示意圖如圖1所示,灰色部分為芯紗,紅色、綠色以及黑色表示固紗在芯紗上來回3次包纏形成結(jié)子段,結(jié)子之間為平線段[6]。

圖1 結(jié)子線示意圖

設(shè)備:紡紗設(shè)備為配備了多功能電腦控制器的HFX-A01型空心錠花式紡紗機(jī)(蘇州市華飛紡織科技有限公司);織造設(shè)備為總針數(shù)96針的KU483圓筒針織機(jī)(機(jī)號(hào)為7針/(25.4 mm),無錫市振榮針紡機(jī)械有限公司)。

1.2 圖案設(shè)計(jì)

設(shè)定織物尺寸不變,設(shè)計(jì)的圖案一體成型針織物模擬圖如圖2所示,圖2(a)為基礎(chǔ)圖案設(shè)計(jì)針織物模型,圖案花寬3縱行,花高10橫列,其相距的寬度h為14個(gè)縱行。圖2(b)(c)是在保持矩形間距h不變的基礎(chǔ)上,分別將基礎(chǔ)圖案橫向等比例向兩側(cè)放大2、3倍的針織物模型圖。

圖2 基礎(chǔ)圖案不同放大倍數(shù)的模擬針織物設(shè)計(jì)

1.3 精準(zhǔn)針織物圖案織造

采用空心錠花式紡紗機(jī)紡制自固結(jié)子線時(shí),必須要確定紡制結(jié)子線相對應(yīng)的紡紗工藝參數(shù),確保結(jié)子線外觀形態(tài)良好,結(jié)子不會(huì)滑動(dòng)脫散,捻度適宜不會(huì)影響織造[7]。實(shí)際紡制后的自固結(jié)子線經(jīng)過測量表明,空心錠參數(shù)為前羅拉參數(shù)的1.8倍時(shí),平線段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;空心錠參數(shù)為前羅拉參數(shù)的15倍時(shí),芯紗無外露且成型良好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,自固結(jié)子線符合設(shè)計(jì)需求,能夠在織物上清晰地呈現(xiàn)圖案。軟件界面的工藝參數(shù)設(shè)置如表1所示,工藝參數(shù)是工藝管理軟件界面的初始工藝數(shù)據(jù),為信號(hào)數(shù)據(jù),無單位[8]。

表1 工藝參數(shù)設(shè)置

由于結(jié)子段的長度及大小會(huì)影響圖案的精準(zhǔn)度與美觀性,平線段長度會(huì)影響圖案的位置及分布,因此必須要進(jìn)行轉(zhuǎn)速和時(shí)間參數(shù)的設(shè)置來嚴(yán)格控制各紗線段的長度[9]。根據(jù)實(shí)際測量和參數(shù)調(diào)控,結(jié)子段長度、平線段長度與前羅拉運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系式分別如式(1)(2)所示:

(1)

(2)

式中:T1為結(jié)子段前羅拉運(yùn)行時(shí)間,s;L1為結(jié)子段長度,cm;N1為結(jié)子段前羅拉參數(shù);T2為平線段前羅拉運(yùn)行時(shí)間,s;L2為平線段長度,cm;N2為平線段前羅拉參數(shù)。

采用圓筒針織機(jī)將結(jié)合基礎(chǔ)圖案設(shè)計(jì)所紡制的自固結(jié)子線織造為織物,結(jié)子線編織方向模擬圖如圖3所示。

圖3 自固結(jié)子線編織方向模擬圖

圖3中紗線以逆時(shí)針方向螺旋編織。結(jié)子1構(gòu)成圖2中左側(cè)藍(lán)色矩形,結(jié)子2構(gòu)成右側(cè)紅色矩形。矩形之間的距離h為平線段1,隔行結(jié)子之間為平線段2。結(jié)子1的頭端到第2個(gè)結(jié)子1的頭端的距離是循環(huán)紗長[10]。經(jīng)測量實(shí)驗(yàn)測定,最初織造的無圖案針織物橫密為29縱行/(5 cm),縱密為37橫列/(5 cm)。采用拆解試樣的方法,測量織物的線圈長度以及循環(huán)紗長,得出基礎(chǔ)圖案的各紗線段長度,通過工藝調(diào)整以及圖案修正,最終織造出圖2(a)基礎(chǔ)圖案設(shè)計(jì)的針織物模擬圖的針織物實(shí)物圖(見圖4),圖案大小對織物密度無影響。經(jīng)對比,基礎(chǔ)圖案實(shí)物圖中圖案大小及位置與模擬圖相符。

圖4 基礎(chǔ)圖案的針織物實(shí)物圖

為研究圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長的關(guān)系,本文實(shí)驗(yàn)以基礎(chǔ)圖案針織物的結(jié)子段長度以及平線段長度為基礎(chǔ),推測出基礎(chǔ)圖案分別橫向等比例向兩側(cè)放大2、3倍的針織物的各紗線段長度以及循環(huán)紗長,經(jīng)紡制多組自固結(jié)子線進(jìn)行織造測試,所織織物中圖案發(fā)生偏移。通過工藝調(diào)整以及圖案修正,最終織造出圖2(b)(c)圖案放大2、3倍模擬圖對應(yīng)的針織物實(shí)物圖(見圖5、6),圖案符合設(shè)計(jì)要求。

圖5 基礎(chǔ)圖案放大2倍的針織物實(shí)物圖

基礎(chǔ)圖案不同放大倍數(shù)針織物的各紗線段長度數(shù)據(jù)見表2。由于針織物的線圈數(shù)量以及矩形之間的線圈數(shù)量不變,將基礎(chǔ)圖案放大2、3倍,構(gòu)成圖案的結(jié)子1及結(jié)子2的線圈數(shù)量呈倍數(shù)增長,故平線段2的線圈數(shù)量減少。由表2中數(shù)據(jù)可得,結(jié)子段長度呈倍數(shù)增長,平線段2呈遞減趨勢。

表2 基礎(chǔ)圖案不同放大倍數(shù)下針織物的各紗線段長度

2 結(jié)果與討論

2.1 圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長的關(guān)系

由于本文實(shí)驗(yàn)紡制的自固結(jié)子線的平線段部分柔軟性優(yōu)于結(jié)子段部分,所以結(jié)子段線圈長度大于平行段線圈長度,當(dāng)圖案放大時(shí),結(jié)子段線圈數(shù)量增多,所以循環(huán)紗長隨著圖案放大倍數(shù)的增大而增大。基礎(chǔ)圖案不同放大倍數(shù)針織物循環(huán)紗長的曲線擬合見圖7。

圖7 圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長的關(guān)系

由散點(diǎn)的分布和趨勢可得出,圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長之間的關(guān)系近似直線,因此采用線性函數(shù)進(jìn)行回歸分析,循環(huán)紗長與圖案放大倍數(shù)的關(guān)系如式(3)所示:

L=1.65a+67.17

(3)

式中:a(1

此回歸方程的相關(guān)系數(shù)為0.992 95,具有顯著相關(guān)性,圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長之間為線性關(guān)系。

2.2 圖案放大倍數(shù)與紡紗工藝的關(guān)系

所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)圖案放大,各紗線段的長度也隨之變化,精準(zhǔn)紡紗工藝參數(shù)也需要進(jìn)行一定的調(diào)整及修正。結(jié)合運(yùn)行時(shí)間計(jì)算式(1)(2),圖案不同放大倍數(shù)針織物的各紗線段運(yùn)行時(shí)間見表3。

表3 圖案不同放大倍數(shù)針織物的各紗線段長度及運(yùn)行時(shí)間

分析表3數(shù)據(jù)可得,將基礎(chǔ)圖案橫向按比例向兩側(cè)放大2倍時(shí),構(gòu)成矩形的結(jié)子段長度從2.6 cm增長到了5.2 cm,呈倍數(shù)增長,而由于平線段2的線圈數(shù)量減小,所以平線段2從53.7 cm減小到了49.98 cm。基礎(chǔ)圖案3倍放大的各紗線段長度變化規(guī)律也如此。因此,當(dāng)圖案放大a倍時(shí),結(jié)子段的長度為a×2.6 cm,結(jié)合式(3)循環(huán)紗長的計(jì)算公式可得圖案放大倍數(shù)與平線段2長度的關(guān)系式,進(jìn)而可推導(dǎo)出平線段2長度的計(jì)算公式(4)。結(jié)合式(1)(2)可得出圖案放大倍數(shù)與結(jié)子段前羅拉運(yùn)行時(shí)間、平線段前羅拉運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系,推導(dǎo)可得式(5)(6):

(4)

(5)

(6)

式中:LP為平線段2的長度,cm;Tj為結(jié)子段1或結(jié)子段2前羅拉運(yùn)行時(shí)間,s;TP為平線段2的前羅拉運(yùn)行時(shí)間,s。

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及建立的公式總結(jié)分析可得,針織物圖案橫向按比例放大的精準(zhǔn)紡紗工藝變化規(guī)律模型,精準(zhǔn)紡紗工藝規(guī)律模型見表4。

表4 基礎(chǔ)圖案放大倍數(shù)與紡紗工藝關(guān)系模型

分析表4可得,將基礎(chǔ)圖案橫向等比例向兩側(cè)放大,構(gòu)成圖案的結(jié)子段1和結(jié)子段2的長度呈倍數(shù)增長,平線段1長度以及運(yùn)行時(shí)間無變化,平線段2所占的針數(shù)減少,所以平線段2長度隨著圖案的放大呈線性減少趨勢,各紗線段的運(yùn)行時(shí)間也隨著長度的變化呈線性變化。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,實(shí)驗(yàn)以圖案放大4倍的針織物為例進(jìn)行模型驗(yàn)證。由表4中模型公式可得圖案放大4倍的紗線各紗線段長度以及運(yùn)行時(shí)間如表5所示,所織造的針織物實(shí)物圖如圖8所示,實(shí)物圖中圖案大小及位置與模擬圖相符,滿足設(shè)計(jì)需求,模型具有準(zhǔn)確性和可靠性。

表5 基礎(chǔ)圖案放大4倍針織物的各紗線段長度及運(yùn)行時(shí)間

圖8 基礎(chǔ)圖案放大4倍的針織物實(shí)物圖

3 結(jié) 論

本文實(shí)驗(yàn)是在織物尺寸以及矩形間距不變的條件下,將基礎(chǔ)圖案矩形橫向放大2、3倍,分析對應(yīng)精準(zhǔn)紡紗工藝的變化規(guī)律,建立圖案放大倍數(shù)與紡紗工藝的關(guān)系模型,此模型適用于在圓筒針織機(jī)織造同一尺寸、不同放大倍數(shù)的同一圖案的針織物,并得出以下結(jié)論:

①當(dāng)圖案放大倍數(shù)a(1

②圖案放大a倍時(shí),結(jié)子段的紡紗時(shí)間變化規(guī)律為Tj=1.506×2.6a;平線段的紡紗時(shí)間變化規(guī)律為Tp=0.125(-3.55a+57.19)。

③建立的圖案放大倍數(shù)與循環(huán)紗長、紡紗工藝之間的關(guān)系模型可用于1根紗織造精準(zhǔn)圖案針織物的快速調(diào)節(jié),可以減少圖案尺寸變化時(shí)紡紗工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)次數(shù)和針織物試織次數(shù),整體提高制備效率。