间歇喂入式复合结构纺纱技术研究进展

刘 赛，邓成亮，于伟东

(1.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620； 2.浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)，浙江 杭州 310018； 3.东华大学 纺织学院，上海 201620； 4.广州检验检测认证集团有限公司，广东 广州 511447)

复合纺纱是指须条S、长丝F或细纱Y以二轴系及其以上(轴系数n≥2)喂入并在同一纺纱机上加捻成形的纺纱[1-2]；基于多轴系喂入原理来调整S、F或Y位置，进而使成纱结构调整的纺纱，即基于复合纺的结构调整纺纱，如东华大学纺织材料与技术和纤维软物质团队(TMT-FSM)的渐变纺[3-4]，称为“结构复合纺”；而对各轴系喂入的S、F或Y进行结构调整的n轴系的纺纱，即基于结构纺的采用n轴系的纺纱，如竹节纱[5]、段彩纱[6]和扭妥纺[7]等，称为“复合结构纺”。

上述3类纺纱技术所得的纱，分别称为复合纱、结构复合纱和复合结构纱[8]，后二者的特征区别是成纱结构。当轴系数n=1时，即常说的结构纺，如分束纺(Solospun)[9]和集聚纺(Compact spun)[10]等。本文主要介绍复合结构纺中的间歇喂入式复合结构纺纱技术，尤其是该方面的机构研制和核心创新原理与方法，并为成纱的花式化、舒适化和功能化提供借鉴和实例。

1 短纤维须条间歇喂入式复合结构纺

1.1 S式基本原理与方法

短纤维须条的间歇喂入式，即S式的复合结构纺纱技术是最基本的方法，其主要特征是主须条或称基须条BS(细度表示为TBS，mm)不发生粗细变化地连续向前移动，而间歇、甚至间断喂入的是辅须条，或称饰须条DS(细度表示为TDS，mm)。

S式复合结构纺纱技术的基本原理是增加DS的喂入量和间断DS的喂入量来达到竹节效应，或称粗节效应。虽然竹节的长度可以控制，但在竹节的形态上无法与自然特征或随机形态相比拟。

1.2 S式纺纱目标与技术难点

须条喂入量的最高目标有2个：一是快速、光滑连续地变化，且持续长度可控可调；二是饰须条与基须条间的优良抱合。因此，最佳的复合方式是包芯纺，且BS在外，DS在内，这与名词定义完全相悖。只有在DS较长或捻度较大的情况下，才可采取互绞的形式。所以在不考虑成纱条干不匀，即特意强化竹节效应的情况下，在正常纱段成纱粗细TY(mm)应符合：

TY=TBS

(1)

而在竹节段的成纱粗细应为：

TY=TBS+TDS

(2)

即成纱粗细TY的变化为：

TBS≤TY≤TBS+TDS

(3)

由此该竹节纱可以做粗细、颜色和组分的任意变化，因为长度足够(即大于一个捻回长度)时，可以采取互绞方式加捻抱合而连续，技术难点变成2须条在设定竹节长度范围内的粗细变化的调控。若要强化竹节须条，即BS对DS的包覆，只须在喂入机构后面增加一个有展平功能的展平器，便能实现良好的包裹[11-12]。TMT-FSM团队仅在单须条间歇式纺纱技术上做了尝试，获得了较理想的效果，并优于现有纺纱方式，但尚未在改变喂入量上作尝试。

1.3 S式实用可行的解决方式

适用于短纤维须条间歇喂入式复合结构纺纱的装置有很多种，图1所示为扭力间歇释放喂入式复合结构纺纱装置[13]，主要特点是包含释能和蓄能触发机构以及触发信号发生器。该装置可精准实现周期或随机地释能喂纱和蓄能停喂的循环，断续效果明显，可控性强。另外，还包括夹持式喂纱[14]以及罗拉间歇添纱[15]的断续复合纺纱装置。

1—释能触发机构；2—蓄能触发机构；3—喂纱机构；4—断条机构；5—触发信号发生器；6—固定架； 7—断续粗纱；8—主体粗纱；9—前罗拉；10—中罗拉；11—展平丝。图1 扭力间歇释放喂入式复合结构纺纱装置

基于罗拉间歇触发喂入式的复合结构纺纱装置如图2所示[16]，可用于断续纺纱系统，完成竹节类花式纱纺纱的结构与形态要求。

1—触发杆；2—喂纱罗拉；3—齿条；4—过桥轮；5—摆臂轮；6—摆臂； 7—摆动喇叭口；8—定位喇叭口；9—复位弹簧；10—磁铁块；11—电磁开关；12—断续发生器；13—隔压辊；14—断续粗纱；15—主体粗纱；16—竹节；17—断续复合纱；18—后罗拉；19—中罗拉；20—前罗拉。图2 罗拉间歇触发喂入式复合结构纺纱装置

该装置通过电磁触发机构和断续发生器实现间歇喂纱功能，其中断续发生器产生信号控制电磁开关接触或松开，从而控制喂纱机构的喂纱与停喂。随机地或周期性地间歇喂入不同量的短纤维束于主体纱条上，形成在连续主体纱上添加竹节外观。同时，该纺纱方法可分别利用喂入时间和间歇时间来有效调节竹节长度和竹节间距，在各类纺纱系统中可调性和实用性均较强。

罗拉间歇触发喂入式与扭力间歇释放喂入式除在触发机构的作用形式不同外，还存在成纱竹节形态的不同。前者竹节形态头尾为对称分布，较接近于梯形分布形态；后者竹节形态头端略显过冲形态，而后端显延迟拖尾特征，更接近于竹节特征。由于磁铁吸动触发的响应速度极快，故适应频率范围更高，而扭力释放触发相对响应速度较慢，故竹节形态更为圆润，仿真效果稍弱。

此外，还可移动喂入机构装置，喂入机构越前置，竹节效应越强；反之波动效应增强。

2 长丝或纱间歇喂入式结构复合纺

传统的包缠结构复合纱属于欠喂型，而花式纱的外观效果则通过长丝束的超喂来实现，因此包缠结构花式纱的关键成形技术在于长丝束的超喂方法与装置。根据国内外包缠结构复合纱的相关研究，通常所采用的方法是将长丝纱通过导纱杆后引入中罗拉或前罗拉后，在进入前罗拉前与短纤维须条并合，经加捻后形成复合纱。

2.1 F式基本原理与方法

长丝(F)或细纱(Y)间歇喂入的基本方式是，突然加大F或Y喂入量来实现成纱变粗并形成竹节效应；而F或Y与S同速输出而回复到原态(无竹节效应)的复合结构纺纱技术，其原理是突然加快F或Y的喂入速度，或预先储蓄一段F或Y，而后突然释放，来达到竹节效应。而常态纱段F或Y与S同步输出，实现F或Y间歇的自互绞稳定。显然，F或Y在竹节段，因浮游包缠，结构极不稳定，易发生松散和勾丝。

2组分包缠结构复合纱包括位于纱线中间的芯纱组分(多为短纤维须条)以及在芯纱表面的包缠组分(多为长丝束)。长丝束以周期变化或随机变化的包缠角和喂入量与短纤维须条汇聚加捻，即可形成花式效果的竹节纱。复合纱线2组分的形态和喂入路径不同决定了二者纱线喂入量的不同，即作为包缠组分的长丝束相对短纤维须条存在超喂。包缠结构复合纱及其圆柱展开图如图3所示，根据复合纱线整体的圆柱展开图的几何关系，可计算得到超喂比φ。

图3 包缠结构复合纱及其圆柱展开图

假设芯纱直径为D(mm)，长丝束直径为d(mm)，在某一循环单元内，长丝束相对芯纱的包缠角度为θ(°)，则长丝束相对短纤维须条的超喂比φ(%)为：

(4)

因此，该复合结构纺纱技术需满足长丝束的实时超喂控制，从而得到不同形态结构和外观风格的花式复合纱线。

2.2 F式纺纱目标与技术难点

纱线喂入量的最高目标有2个：一是F自身须条有纠缠点，否则在捻度无法瞬间增大或减少的情况下，超喂时无法实现包缠；二是不仅要有饰丝dF或dY，而且须有固定丝fF或fY。第1目标的解决方式变为选择长丝，即须选择变形纱；第2目标的解决方式变为复合纺纱方法的选择，即须选择非等汇聚点复合纺[17]，因为等汇聚点复合纺无法产生fF与dF间的交叠固定。

2.3 F式实用可行的解决方式

经间歇式喂入成纱技术形成的包缠结构复合纱，具有独特的花式效果和外观风格及手感，可广泛用于服装面料、家用纺织品和配饰纺织品等，在增加流行元素的同时提高舒适性。

由触发杆、摆动导纱钩和开有2槽的前上罗拉构成的单侧2槽间歇式超喂复合纺纱装置如图4所示[18]，该装置可实现纱线的等喂和超喂转换的包缠结构复合纱线。

1—桥接罗拉；2—调速罗拉；3—握持辊；4—张力盘；5—开有2槽的前上罗拉；6—电磁开关；7—触发杆；8—摆动导纱钩；9—短纤维须条；10—长丝束或纱线；11—间歇式包缠复合纱；12—前罗拉钳口；14—中罗 拉；15—后罗拉。图4 单侧2槽间歇喂入式复合结构纺纱装置

利用图4纺纱装置可方便地改变绕行线路和长度，且张力与超喂量均能有效、灵活地控制。在第一(I)和第二(III)槽口区均为超喂区；位于二者之间的钳口区(II)是等喂区。由此可有效方便地实现F或Y在各区的换位，从而实现随机或周期性的间歇超喂和包缠角度变化所产生的特殊包缠风格。通过触发杆来控制和导纱钩的摆动换位，从而调节包缠量与包缠角度。同样，也可通过单斜面槽[19]、对称斜面槽[20]以及后置开槽[21]的设计达到相同的调节效果。

二轴系复合纺纱装置如图5所示[22]。长丝束F由气缸控制的导纱钩作用下移动换位喂入前罗拉钳口和随机或周期性地左右移动，并与短纤维须条S汇聚加捻，形成包缠量及包缠角变化的特殊包缠风格的结构复合纱。该装置可大范围地有效调节复合纱的结构参数和形态特征，并通过F所在的等喂轴系与S所在轴系相对靠近或相对远离的位移运动来实现。

1—桥接罗拉；2—调速罗拉；3—握持辊对；4—上导纱钩；5—前上罗拉；6—换位气缸；7—活塞杆；8—下导纱钩；9—短纤维须条；10—长丝束或纱线；11—包缠包芯复合纱； 12—前罗拉钳口；14—中罗拉；15—后罗拉；16—集束器；17—移杆；18—滑杆；19—槽筒；20—支架。图5 二轴系纤维互动等喂复合结构纺纱装置

当S向F靠近时，会产生小角度包缠或平行紧靠、重叠、包芯；当S远离F时，会产生大角度的包缠或与F左右错位。同时，F从前罗拉钳口的无张力输出，有利于F在S上的密集包缠和相互握持增大，从而形成相对稳定的纱结节效果。类似的装置还有一种前后互动间歇式超喂复合纺纱装置[23]，可实现长丝束对短纤维须条的断续包缠。

除了在前罗拉钳口处调节纱线的输出与包缠量外，还设计了前置的方式来控制纱线的喂入路径和喂入速度[24]。前置式超喂复合结构纺纱装置如图6所示，作为包缠组分的纱线经锥形罗拉和导纱钩定位于前罗拉前部，并实现与前罗拉钳口输出的芯纱组分的包缠复合。其中，包缠组分的超喂主要是通过纱线张力定位在不同半径面的锥形罗拉上而获得不同喂入速度来控制。在此装置基础上，还可添加左右变位功能[25]。该纺纱装置同图5装置一样，具有结构简洁、可控性强，长丝束或细纱的移位轻便，能有效调节超喂量。

1—桥接罗拉；2—调速罗拉；3—锥形罗拉；4—张力盘；5—导杆移架；6—移动导杆；7—导纱钩；8—短纤维须条；9—长丝束或纱线；10—超喂复合纱；11—前罗拉钳口；12—前罗拉；13—中罗拉；14—后罗拉。图6 前置式超喂复合结构纺纱装置

通过上述3种以F喂入方式产生竹节效果的结构复合纺纱方法的对比分析，可以看出，图4机构所提供的竹节效应，在变化频率和在喂入变化量上要高于图5和图6机构，因为图4机构存在着F在无张力或低张力下的快速释放喂入。由于此3图均为二轴系复合纺，缺乏对饰纱的固定方式，故只须引入三轴系复合纺[26-27]便可使dF的结构和竹节效果变得稳定。

而将前述S喂入方式(S式)与长丝喂入方式(F式)作对比：由于S式的竹节效果大多采用黏附的方式产生竹节，极易剥离，故除本文采用的包裹方式外，还可引入第3轴系长丝喂入绑定，使所形成的竹节段稳定；而F式比S式竹节纱显得更为平滑，且具有花式线的效果特征，故应属“花式纱”。

3 结束语

短纤维须条S和长丝F或纱Y的间歇喂入式复合结构纺纱技术，可实现竹节效应等独特的花式效果。其中，S式(短纤维须条间歇喂入式)采用包裹方式使整体复合结构更为稳定，所呈现的竹节等花式效果更为逼真；而F式的长丝间歇超喂的结构复合纺，在有绑定丝的三轴系复合纺下，既可以增加成纱的花式效果，又可使成纱形态与结构稳定。因此，S式竹节特征较为突出，F式花式线的特征更为突出。

本文提出的2类间歇喂入式(S式和F式)复合纺纱技术，为提升成纱的花式效果、改善其结构与品质和增加其多样性，提供了可能性与纺纱方法，也为织物的多样性和新品研发，提供了更多选择。