环锭数码纺纱线特征参数及其对织物外观影响

郭明瑞， 高卫东

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

随着环锭纺纱技术的发展，近年来出现了每锭配置2个粗纱卷装，2个粗纱通过不同的牵伸通道，被匀速、变速或断续喂入，使牵伸过程中牵伸比不再保持常量，纺制出线密度或混纺比变化的细纱。为区别起见，本文将普通环锭纺纺制的线密度和混纺比保持不变的细纱称之为常纱，而线密度或混纺比变化的细纱称之为变纱。与两通道数码纺纱[1]相类似的变纱还包括段彩竹节纱[2-4]、段彩平纱[5-7]和马赛克纱[8]，这些变纱的纺纱系统虽均属于两通道牵伸，但它们的通道牵伸级数和变速牵伸类型各不相同。其中段彩竹节纱的2个通道分别为一级恒定牵伸和二级变速牵伸；段彩平纱的2个通道分别为一级变速牵伸和二级变速牵伸；马赛克纱的2个牵伸通道均为一级变速牵伸；而数码纺的2个牵伸通道均为二级变速牵伸。数码纺的全二级变速牵伸，不仅可以纺制所有种类的变纱，而且其2个通道的牵伸隔距保持完全一致，这种型式较包含有一级牵伸和不等牵伸隔距的段彩竹节纱、段彩平纱和马赛克纱纺纱系统，更有利于须条纤维的均匀牵伸，从而有着更好的成纱质量。

两通道数码纺技术是将环锭细纱机后罗拉设计成2个同轴穿套可独立回转的后罗拉，分别由各自的伺服电动机驱动，形成2根粗纱以2个通道独立输入，纺纱时由与织物产品特定要求对应的程序分别控制2个后罗拉的速度，纺制出线密度和混纺比2个参量沿纱线长度方向单一变化或两者同时变化的细纱——数码纺纱线。数码纺纱线这种沿纱线轴向的线密度和混纺比变化，在制成织物后形成织物的纹路图案，它不同于以往的色织中色纱排列和组织配合形成的图案，不同于提花开口浮长线形成的纹织图案，也不同于后道印花加工成的图案，而是一种通过纺纱过程使纤维集合方式变化而在织物上显现图案的新方法[9-11]。数码纺纱线在织物上形成的纹理图案是由其特征参数决定的，本文通过确定其合理参数，以期实现织物所需的纹理效果。

1 数码纺纱线的片段结构

1.1 数码纺纱线片段及其长度

数码纺纱线可以分解成一连串如图1所示的片段。在纺纱前首先要向数码细纱机控制单元输入每个片段的参数，也就是按顺序输入若干个数组，每一个数组控制数码纺纱线相应片段的纺制，通过循环执行程序纺制出整根数码纺纱线。

图1 数码纺纱线片段结构示意图Fig.1 Structure diagram of digital yarn fragment

纺纱过程中，数码纺纱机由一个片段参数变化到另一个片段参数时，细纱机的机械惯性使得新片段的初始段总是呈一种过渡状态，过渡状态长度为l′，它还与机器速度、线密度和混纺比、片段变化梯度等参数有关，然后达到当前片段纺制的稳定状态并延续一定长度，稳定状态长度为l，则该片段的总长度为L=l+l′。

1.2 片段中纤维的当量分数

两通道数码纺纱线片段数组输入本质上是控制2个后罗拉的转动速度，确定2个通道纤维的输入量。设特定数码纺纱线线密度的最小值为T，称之为基准线密度，2个通道纤维的输入量用λ1T、λ2T表示，λ1、λ2称之为纤维当量分数，则数码纺纱线特定片段的线密度是(λ1+λ2)T，片段中2种纤维的混纺比为λ1/λ2。

1.3 数码纺纱线的片段参数

数码纺纱线片段参数由片段长度和纤维当量分数组成，因此用数组(L，λ1，λ2)表征不同的片段参数。若数码纺纱线由n个片段构成，则对应的片段参数为(L1，λ11，λ21)，(L2，λ12，λ22)，…，(Ln，λ1 n，λ2 n)。

2 数码纺纱线类型及特征

2.1 数码纺纱线的类型

数码纺纱线中各个片段的(λ1+λ2)T和λ1/λ2是2个变量，前者对应线密度，后者对应混纺比。数码纺纱线类型首先根据各个片段的(λ1+λ2)和λ1/λ2是单一变化还是双重变化，将数码纺纱线分成单变纱和双变纱。单变纱又有变支纱和变混纱之分。若构成数码纺纱线的所有片段的2种纤维线密度保持不变，仅存在着片段混纺比变化，即(λ1+λ2)为常量，λ1/λ2为变量，这类数码纺纱线称之为变混纱。而在变支纱中，数码纺纱线所有片段的混纺比保持不变，仅存在着片段线密度的变化，即λ1/λ2为常量，(λ1+λ2)为变量。变混纱和变支纱分别通过其混纺比或线密度的单一变化赋予织物外观颜色或粗细交变的纹理效应，前者称之为段彩效应，后者称之为竹节效应。

双变纱是数码纺纱线中最复杂的种类，其既存在着线密度不相同的片段，也存在着2种纤维混纺比不相同的片段，即(λ1+λ2)和λ1/λ2均为变量。双变纱通过其线密度和混纺比同时变化形成织物外观更为丰富的变化效果。双变纱也可视为变支纱和变混纱2种效果的复合叠加，因此，可以通过分析变混纱和变支纱参数对数码纺纱线织物外观纹理的影响，对数码纺纱线的设计原理加以阐述。

2.2 数码纺纱线变化的周期性

在数码纺纱线中，如果连续排列片段的混纺比(或线密度)不呈现周期性变化规律的话，也就是数码纺纱线片段杂乱排列，这样的数码纺纱线称之为随机数码纺纱线，其织物仍与普通混色纱(竹节纱)织物相类似，一般不呈现规整的纹理。而连续递增(减)排列各片段的混纺比(或线密度)，并以周期性变化的数码纺纱线称之为周期性数码纺纱线。设周期性数码纺纱线一个周期中的片段数量为n，则第i个片段与第n+i个片段的参数完全相同，周期数码纺纱线通过其片段参数循环变化在织物上呈现具有美感的外观纹路，体现出数码纺纱线的交变风格特点。

2.3 线密度(混纺比)的变化范围

线密度是纱线的重要参数，线密度一般与纱线强力呈正相关关系，即纱线线密度大其强力也高。在设计纱线线密度时，首先是满足最终织物产品特性要求，同时要顾及织物加工顺利的要求，也就是说，当线密度过小时，因纱线强力太低而增加断头的发生，但同时也考虑后道织造过程的顺利进行，片段线密度的变化范围也不能太大。数码纺纱线线密度通常都是在基准线密度(最小线密度)的基础上增加，但最大线密度一般不超过基准线密度的2.5倍，即线密度变化范围Bx为(1.0～2.5)T。

数码纺可以实现2根粗纱纤维的单一输入和混合输入，因此2种纤维的混纺比变化范围Bh为0/100～100/0。

2.4 数码纺纱线的周期长度

数码纺纱线的周期长度Lc为1个周期中所有片段的长度之和。周期长度长，则片段长度也长，在织物上形成的纹路也就宽，但纹路太宽，容易在后道生产的织物上出现因数码纺纱线断头后衔接不良而造成的外观横档。

2.5 1个周期中的片段数

在周期长度确定后，1个周期中片段数量决定了片段的平均长度，由于片段长度过短，其过渡段所占比大，难以良好体现片段的特征；片段长度过长也会造成衔接不良的外观横档。因此以采用等长片段设计为宜，即片段长度L=Lc/n。根据混纺比(线密度)变化范围Bh(Bx)和片段数，可以得到片段混纺比变化梯度Sh=2Bh/n(片段线密度变化梯度Sx= 2Bx/n)。

3 数码纺纱线参数对变混纱织物的影响

3.1 混纺比变化范围的影响

本文所用红、蓝两色粗纱为纯棉原料，粗纱定量均为4.2 g/(10 m)，粗纱捻系数为90，所纺细纱的变化混纺比或线密度均为等梯度变化；纺纱机为常州市同和纺织机械制造有限公司产TH598 S型双通道数码细纱机，实验锭速10 000 r/min；织物在常熟市国盛针织机械厂产GSJX-1-44-14 G型电脑横机上织制成1+1罗纹组织、幅宽250 mm的横编织物，机号14 G，织物纵密91.7行/(10 cm)，平均线圈长度0.56 mm，横密106.3列/(10 cm)；采用佳能9 000 D MARK Ⅱ型扫描仪获取3种数码纺纱线织物外观图像，扫描分辨率600 dpi，下文所用原料与实验设备相同。

在保持纱线基准线密度T1为18.5 tex、周期长度为50 m和片段数为10不变的条件下，分别在红/蓝2种纤维混纺比变化范围(40/60～60/40，等梯度4变化；25/75～75/25，等梯度10；10/90～90/10，等梯度16变化，分别编号为1#、2#、3#)循环变化纺制3种变混纱，对应织物如图2所示。可以看出，由于3种数码纺纱线周期长度相同，混纺比变化产生的纹路周期相同，即织物上的条纹宽度相等；同时数码纺纱线片段数相同，随着混纺比变化范围增大，每个片段2种纤维混纺比的变化梯度增大，分别为4%、10%和16%，也就是颜色比例差异增大，根据1个周期中各片段混纺比数值，计算出混纺比CV值分别为13.66%、34.16%和54.65%，所形成的纹路由隐性转为显性，混纺比变化为25/75～75/25时(图2(b))纹路已很清晰，变混纱的段彩效应增强。

图2 不同混纺比范围变混纱针织物Fig.2 Weft knit fabrics with different blended ratios

3.2 周期长度的影响

在保持纱线基准线密度T1为18.5 tex、红/蓝2种纤维混纺比变化范围为25/75～75/25和片段数为10不变的条件下，分别以周期长度25、50和75 m纺制3种数码纺纱线，同样在横机上织制250 mm幅宽的横编织物，用扫描仪获取3种数码纺纱线织物外观图像，如图3所示。可以看出，由于混纺比变化范围相同，随着纱线周期长度从25 m增加到50 m和75 m，纹路的宽度相应变宽，纹路宽度分别提高了1倍和2倍；由于片段数相同，每个片段的混纺比步进变化量Sh保持相同，3种变混纱的混纺比CV值均为34.16%，使得纹路清晰程度和段彩效应相当。

图3 不同周期长度变混纱针织物Fig.3 Weft knit fabrics with different cycle lengths

3.3 片段数量的影响

在保持纱线基准线密度T1为18.5 tex、红/蓝2种纤维混纺比变化范围25/75～75/25和周期长度50 m不变的条件下，分别以片段数6、10和20纺制3种数码纺纱线，同样在横机上织制250 mm幅宽的横编织物，图4示出3种数码纺纱线织物外观图像。可以看出，由于混纺比变化范围25%～75%保持不变，随着片段数增加，片段长度缩短，片段混纺比变化的步进量下降，这增加了纹路包含的色种数，过渡色增多，混纺比变化的CV值分别为37.12%、34.16%和31.62%，使得织物的混色效果增强，条纹效应减弱。

图4 不同片段数变混纱针织物Fig.4 Weft knit fabrics of variable blended ratios yarns with different fragments. (a) 6 fragments; (b) 10 fragments; (c) 20 fragments

4 数码纺纱线参数对变支纱织物的影响

4.1 线密度变化范围的影响

在两通道数码纺细纱机上，保持蓝、红2种纤维混纺比50/50、基准线密度T2为14.6 tex、周期长度为50 m、片段数为10、线密度等梯度变化的情况下，纺制线密度变化范围分别为(1.0～1.5)T2、(1.0～2.0)T2和(1.0～2.5)T23种数码纺纱线，然后在横机上织制250 mm幅宽的横编织物，为了表征纱线线密度变化，扫描仪采用背光透射模式获取3种数码纺纱线织物外观图像，如图5所示。可以看出，织物上线密度低处形成亮纹，线密度高处形成暗纹，由于3种数码纺纱线周期长度相同，线密度变化产生的纹路周期相同，即织物上的条纹宽度相等；随着线密度从最低的基准线密度14.5 tex提高到21.8、29.0和36.3 tex，变化范围增大，根据一个周期中各片段线密度数值，计算出线密度CV值分别为13.66%、22.77%和29.28%，所形成的纹路明暗也越来越分明，竹节效应增强。

图5 不同变线密度纱针织物透视图Fig.5 Perspective view of weft knit fabrics of variable linear density yarns

4.2 变支纱周期长度的影响

在保持蓝、红2种纤维混纺比50/50、基准线密度T2为14.6 tex、线密度变化范围(1.0～2.0)T2、线密度等梯度变化、片段数10的情况下，纺制周期长度分别为25、50和75 m的变支纱，然后在横机上织制250 mm幅宽的横编织物，3种数码纺纱线织物外观图像如图6所示。可以看出，随着变支纱周期长度从25 m增加到50 m和75 m，纹路的宽度相应变宽，纹路宽度分别提高了1倍和2倍；同时由于线密度变化范围相同，一个周期的片段数相同，则线密度CV值相等，均为22.77%，呈现的竹节效应相当。

图6 不同周期长度变支纱织物透视图Fig.6 Perspective view of weft knit fabrics of variable linear density yarns with different cycle lengths

4.3 变支纱片段数量的影响

在保持蓝、红2种纤维混纺比50/50、基准线密度T2为14.6 tex和周期长度50 m不变的条件下，以线密度变化范围(1.0～2.0)T2纺制片段数为6、10和20的变支纱，同样在横机上织制250 mm幅宽的横编织物，3种数码纺纱线织物外观图像如图7所示。可以看出，由于混纺比变化范围25%～75%保持不变，随着片段数增加，片段长度缩短，片段混纺比变化梯度下降，这增加了纹路包含的竹节梯度，线密度CV值分别为24.98%、22.77%和21.08%，呈现下降的趋势，使得织物条纹的竹节效应减弱。

图7 不同片段数变支纱织物透视图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 结 论

1)数码纺纱线1个周期长度内包含有一系列纱线片段，片段参数包括片段长度和通道纤维当量分数。对于两通道数码纺纱线特定片段，其混纺比则为当量分数的比值，线密度为基准线密度的两通道当量分数之和的倍数。

2)数码纺纱线的特征参数包括：基准线密度、混纺比(线密度)变化区间、周期长度、片段数(或变化梯度)。就变混纱而言，其混纺比变化区间决定其段彩效应的强弱，其它条件相同的情况下，混纺比变化区间越大，纱线的混纺比CV值越大，织物条纹的段彩效应越强；纱线周期决定变混纱织物横条的宽度，周期越长，横条越宽；1个周期中片段数量多少对段彩效应有一定影响，随片段数增多，段彩效应减弱。

3)就变支纱而言，其线密度变化区间决定其竹节效应的强弱。在其他条件相同的情况下，线密度变化区间越大，纱线的线密度CV值越大，织物条纹的竹节效应越强；纱线周期决定变支纱织物横条的宽度，周期越长，横条越宽；1个周期中片段数量多少对竹节效应有一定影响，随片段数增多，竹节效应减弱。