段彩纱的生产技术及其应用

楼 焕，刘 茜

(上海工程技术大学纺织服装学院，上海 201620)

随着人们生活水平的提高，对于纺织品的要求，已不仅局限于舒适与耐用。具有独特风格与外观效应的纺织品越来越受到消费者的青睐，其中，花式纱线已成为新产品开发的一大热门。段彩纱作为一类色彩多样化、可设计性强的纱线，兼具花式纱和花色纱的特点，具有丰富独特的风格和类似彩霞、色彩多变的织物效果，已被广泛应用于服用、装饰用和家纺用等领域。段彩纱的发展空间广阔，目前，仍有各种新型段彩纱产品被不断开发。

段彩纱具有多种生产技术，可根据不同需要选择最为适宜的生产工艺。通过结合其他纺纱技术、不同原料与色彩、其他种类纱线等，可以开发不同品种的新型纱线与织物。近年来，出于对原料、色彩图案、设备及工艺等创新，段彩纱的开发已经取得了一系列创新成果。

1 段彩纱的外观特征

段彩纱是一种基于环锭纺新开发的花式纱线，由两种及两种以上不同色彩的纤维组合而成，从纵向长度方向上看，各纤维分布不规则断续变化，表现为在不同纱段上呈现不同的颜色，且长短不一；根据其可控性与可设计性，纤维分布也可以具有一定规律，在不同纱段上呈现具有规律变化的颜色。段彩纱具有强烈的立体感、变化明显的层次感及柔和饱满的色泽感，其在布面上表现为无序或有一定规律的水流状和长条状色彩变化，个性化和时尚感强[1-2]。

2 段彩纱的生产技术

发展至今，段彩纱的生产技术主要可分为印染段彩法和混合段彩法两大类[3]。两者主要区别是：印染段彩法采用段染纱线的工艺，将不同颜色的染料上染于同一纱线；而混合段彩法则是混合不同颜色的纤维来纺纱。两相比较，两者最大特点为：印染段彩法对纱线上各种颜色的分布更为灵活自由，而混合段彩法的生产技术对环境更为友好，贴近如今人们的环保理念。

2.1 印染段彩法

根据纱线形式的不同，印染段彩法可分为筒子纱段染法、绞纱段染法和经轴段染法[4]。

对于筒子纱的段染，有三类机械设备：高压喷气多彩染色机、针孔喷射和边缘染色机。高压喷气多彩染色机主要是通过压力喷射使不同色染料分段染于纱线上；针孔喷射设备是利用活塞将不同色染料由针头打进纱线内部；边缘染色机则是控制染料先染纱线其中一端，再通过回卷染另一端。筒子纱染色的染色均匀性较好，生产效率高，自动化程度高，能节约水资源和能量，但生产成本较高。

对于绞纱的段染，是在染色时将绞纱平整均匀地悬挂于段染机上，染液在不断循环流动的过程中对纱线染色，如图1(a)所示。该法可以用于羊绒等对工艺要求比较高的高档纱线，但容易产生纱线纠缠粘结。

而对于经轴纱线的段染，可分为辊筒染色与喷射染色两类。辊筒染色是利用压花辊与光辊来达到纱线分段染色的目的，如图1(b)所示，通过控制光棍来选择需要上染浆盘中的何种颜色；喷射染色则是利用喷头，如图1(c)所示，喷嘴喷射不同颜色的染料来实现纱线段染。经轴段染伸长与整经类似，对整个经轴的纱线染色，大多用于梭织染色。

图1 印染段彩法的机械设备示意

2.2 混合段彩法

混合段彩法除了有并条段彩法、粗纱段彩法和细纱段彩法，还有一些新型段彩法，如空心锭包缠法、三通道转杯纺法和赛络集聚纺段彩法等。

2.2.1 并条段彩法

并条段彩法的关键点是在并条工序中，通过改造后的并条机，将棉条分段喂入来生产具有不同颜色片段分布的段彩棉条，再通过粗纱与细纱工序，实现成纱后“段彩”的效果，常用的有花色并条机段彩法和高架简易平插式花色并条机段彩法[5]。

花色并条机段彩法是一种利用花色并条机的方法，由独立机构分别精准控制棉条，饰棉条间断性喂入后与基棉条汇合，如图2(a)所示，其对产品风格的控制比较精准，但生产效率不高，机构较复杂，机器的保养与维修不易，更适于生产高端的纱线。而高架简易平插式花色并条机段彩法在普通的高架式并条机上增加一个用以附加饰棉条的喂入装置，还优化了其中基棉条与饰棉条之间的搭接方式，由基棉条导条器和导条挡板控制，如图2(b)所示，饰棉条能进入基棉条从而使两者牢固结合，可实现高速运行。该法能耗低，生产效率高，保养和维修较简单，但对棉条的控制精度不如花色并条机，更适合生产风格朦胧粗犷型的产品。

2.2.2 粗纱段彩法

该法在粗纱机的喂入和牵伸机构上进行改造。粗纱段彩法的喂入机构如图3所示，喂入机构中增加导条架，采用双层结构，使两种纤维条喂入，且加装伺服电机以控制后罗拉间歇转动[2,6]，实现使主体纱和辅纱按不同速度喂入的目的，再配合使用四罗拉式的牵伸机构，在纤维条经过牵伸后得到段彩粗纱。此法操作简单，可对棉条的粗度与长度实现精准控制，适用范围广。

图3 粗纱段彩法的喂入机构

2.2.3 细纱段彩法

细纱段彩法即通过改造细纱机来实现段彩，分为三罗拉式、四罗拉式和三轴四罗拉式细纱机牵伸法。其基本原理为：主体纱和辅纱分别从后两个罗拉喂入，主体纱连续性喂入，辅纱间断性喂入，两者于前罗拉钳口处汇合加捻后形成段彩[7-8]。

三罗拉式细纱机牵伸法的牵伸机构比较简单，如图4(a)所示，该法成本低，但产品有局限性，且难以保持线密度恒定。四罗拉式细纱机牵伸法多增了一根后罗拉，第三罗拉的上胶辊处呈阶梯式罗拉，主体纱和辅纱分别于第四罗拉和第三罗拉处分段变速喂入[1,3]，如图4(b)所示，由此法所得的段彩纱条干均匀度相对较好，但其工艺不便调整，也不便调节主辅纱的混纺比，产品有局限。而三轴四罗拉式细纱机牵伸法采用后区同轴双罗拉结构[9]，如图4(c)所示，罗拉同步、同位控制喂入的两根粗纱，不断改变牵伸倍数以调节不同片段上两种粗纱的混纺比[1,3,9]，此法可以生产等线密度段彩纱，能灵活变化纤维组分比例，提高成纱质量，满足多种纱线要求。

图4 细纱段彩法的牵伸机构示意

其中，两根粗纱在连续性喂入与间断性喂入之间不断循环交换喂入方式时，可形成同时具有竹节段彩纱与渐变段彩纱外观特征的段彩纱，该类纱被称为“新型复合结构段彩纱”[10]，如图5所示。用该法可以丰富段彩纱的风格，成纱立体感更强，且有更多色彩变化。

图5 新型复合结构段彩纱

2.2.4 其他新型段彩法

a) 空心锭包缠段彩法：该法在空心锭包覆机上应用。以不同颜色的纱线作为芯纱及外包缠纱，如图6所示，芯纱通过引纱辊穿过空心锭管中心并从中引出，与络在铝锭管上的外包缠纱一起汇合加捻，经过引纱和卷绕装置，形成有段彩效果的筒子纱。其原理主要是：包缠加捻时，两种纱线发生位置变化，造成了视觉上的纱线片段变色。该法易于调整，生产效率高，复合纱条干均匀度好，结构稳定，且可以实现芯纱与外包缠纱原料的优势互补，产品适应性广，原料选择广[11-12]。

图6 空心锭包缠段彩法的机械设备示意

b)三通道转杯纺段彩法：该法是一种应用于三通道转杯纺纱机的方法。该法通过改造常规转杯纺的喂入部分及控制系统，使三原色——红、黄、蓝的纤维分别通过三个被伺服电机独立控制速度的给棉罗拉，经过梳理、并合与加捻后，卷绕为筒子纱[13-16]。此法可通过改变三原色的组分比例来生成多种不同色彩，使成纱颜色更多样，且调节灵活、生产效率高。

c)赛络集聚纺段彩法：该法结构简单，无需增设控制段彩生产的伺服电机，只需在赛络集聚纺的细纱机上简单改造专件器材[17]，将后胶辊设计为如图7所示左右对应交错的内切多边形结构，使其左右两端与后罗拉交错接触握持，当两种不同色粗纱分别经过左右两端时，一侧粗纱被中罗拉和后罗拉牵伸，另一侧粗纱则以中罗拉的速度进入前区牵伸，如图8所示，两种颜色的粗纱在汇合时的含量比例不断交替变化，从而使成纱颜色不断变化。此法操作简单、便于管理且成纱质量良好，有利于产业化生产。

图7 改造的后胶辊

图8 赛络集聚纺段彩法的生产原理图

3 段彩纱的种类与应用

段彩类的花式纱线风格不限，在机织物、针织物、手工编织等领域上均有广泛应用。利用其片段不规律呈色的特点、活泼自然的风格与强烈的艺术感，可以开发色彩与图案丰富多变的纺织品，使织物外观更具视觉冲击力，为服装服饰设计、家纺设计和车用纺织品设计等拓宽更大的想象空间。

3.1 结合其他纺纱技术

通过采用多种纺纱技术，将不同纺纱技术形成的纱线特征相结合，从而开发具有新型复合结构的纱线，是目前段彩纱产品新开发的一个热点。彩点纱与段彩纱相结合，可形成一种新型纱线——彩点段彩纱。成纱既有“彩点”的特征，布面上呈星点分布，又有“段彩”的效果，带来五彩缤纷的视觉享受，极大地丰富了产品外观[18]，如图9(a)所示(图源：绍兴琉茵纺织品有限公司)。将赛络纺技术与段彩纱技术相嫁接，形成的赛络纺段彩纱不仅强度提高，而且毛羽也减少，成纱质量高[19-20]。而将段彩纱与竹节纺纱技术结合运用，可形成具有两者外观效果的段彩竹节纱，其色彩不连续交替出现，有明显的粗细变化，竹节部分即为段彩部分，层次感、立体感更强，不仅提高了成纱质量，悬垂性好、透气性佳，而且形成的织物布面上表现出无规律的竹节波纹[21-22]，布面耐磨柔顺，如图9(b)所示。将竹节纱、段彩纱和赛络纺三种纺纱技术相结合，刘梅城等[23]开发了半竹节AB纱，成纱结构丰富，具有更为丰富的色彩风格变化。此外，将段彩纱与包芯纱合并，又会产生不同的风格效应，刘梅城[24]通过对原料与纱线结构的分析，纺制了半精纺段彩氨纶包芯纱，可以充分发挥纤维之间的优异特性，新颖独特。

(a)彩点段彩纱织物

3.2 组合不同原料

适于生产段彩纱的原料十分广泛，有棉、毛、丝、麻和化纤等[26]，目前许多新型段彩纱是从组合多品种纤维原料来进行开发，从而提高成纱的品质，扩大应用范围。

周济恒[26]通过合理选配段彩色彩与段彩工艺，开发了丝光羊毛段彩纱针织纱，如图10所示，为传统针织羊毛衫带来新的色彩选择，满足时下消费者对个性化的追求。周建恒[27]通过合理搭配羊毛的组分，优化各工艺后，开发了精纺防缩的羊毛段彩纱，丰富了羊毛段彩纱的种类，制成的面料穿着柔软亲肤、手感舒适，且容易护理。利用半精纺工艺，刘梅城等[28]将段彩纱、竹节纱与紧密纺纱技术相结合，开发了具有独特风格、强烈层次感及丰富色彩变化的粘胶/锦纶/羊毛半精纺竹节段彩纱，成纱互补了3种纤维的优点，适应于多种面料的需求，扩大了纺织品的应用领域。利用这多种纺纱技术，刘梅城[29]还加入了精梳棉纤维，开发了一种粘胶/锦纶/精梳棉/羊毛半精纺竹节段彩纱，其原料成分更为复杂，由该纱成形的针织面料具有别样的风格效果。

图10 丝光毛段彩纱织物

另一项研发中，刘梅城等[30]选择精梳棉、锦纶和涤纶作为纤维原料，开发了另一种新型复合结构花式纱，纱线不但结构独特、对色彩的可控性好，而且综合了3种纤维的优越性能，条干好、毛羽少、强度高且耐磨，可以适应对纱线和面料的多种需求。此外，岳新霞等[2]将涤棉混纺，研究了优化生产涤棉混纺段彩纱的工艺，有效减少了针织成布后布面上的白星疵点，成纱结合了涤纶和棉的优点，柔软透气、耐磨性好，形成的面料易洗快干。张紫阳等[31]纺制了涤黏细段彩纱，织物轻薄透气、颜色变化丰富，为夏季衬衫高档面料提供了更多选择。朱建林等[32]将抗起球腈纶、锦纶和波斯纶混以不同比例纺制段彩纱，段彩纱的抗起球性和弹性良好，且层次变化丰富。

段彩纱在弹力性能上也有许多研究。胡美蓉等[33]采用赛络菲尔纺技术，选用具有段彩花色的低弹涤纶长丝和棉/粘胶短纤，通过短纤包覆长丝复合纺纱，其成纱不仅有特殊风格的段彩效果，而且赋有弹性，条干均匀度好，在耐磨、抗皱、强力上均有提高和改善。赵博等[34]则是通过嫁接彩点、竹节加工技术，在生产段彩纱时加装了氨纶丝喂入装置，结合有色涤纶、莱麻、圣麻及棉纤维的特性，形成了混纺段彩弹力彩点竹节纱，成纱不但结合了这4种纤维的优良性能，而且赋有段彩、弹力、竹节、彩点的效果。程小明等[35]利用弹性短纤与精梳棉进行创新，开发了微弹柔和、清新自然、肌理感强的段彩段弹纱，其织物效果如图11所示，该纱线应用领域广，风格新颖独特，极具市场竞争力。

图11 段彩段弹机织衬衣面料实物效果

3.3 纱线色彩搭配及其织物图案设计

段彩纱具有两种及以上的色彩，其色彩搭配对段彩纱风格起着关键作用。周济恒[26]总结了色彩混合方式，介绍了色相、饱和度与亮度变化等所呈现的效果变化和各色彩的寓意，通过掌握色彩搭配原则进行合理混色，纺制出预期色彩效果的段彩纱。通过三通道转杯纺技术，潘博等[13]在把握色彩变化梯度与片段持续时间上，采用以一个色彩大循环嵌套3个小循环的方式，纺制出另一种独特风格的段彩纱织物，如图12(a)所示。

通过对段彩纱色彩变化规律的把控，可以形成具有独特风格的纱线与织物。郭明瑞等[36]使用双通道环锭纺纱装置纺制出双色变换段彩纱，通过结合段彩纱周期与织物幅宽，使“双色片段”与纱线“共混段”的效果叠加，形成独特的具有横向锯齿状交错的图案，如图12(b)所示。史晶晶等[37]运用等线密度段彩纺纱法纺制段彩纱，在用其织制织物时嵌入素色纱，产生了不同的织物风格，如图12(c)所示。李梦真等[38]利用段彩纱色段最小循环长度，机织采用不同投纬方式，于纱线循环长度略大于织物幅宽的情况下，通过双色段彩纱分别织造不断纬与断纬的织物，如图12(d)所示，形成两种风格迥异的图案效果。在往复连续投纬即不断纬织造时，织物呈交叉式菱形状分布；而在一次打纬后断开纬纱再次从同一方向喂入纬纱即间断投纬时，织物呈斜向锯齿状分布。潘博等[13]通过把握段彩纱色彩长度的循环规律，结合组织结构设计，在平行四边形的基础图案上，灵活变换出箭头形、Z字形、双色Z字形及Z字嵌于墨蓝色边框形4种风格的织物图案，如图12(e)所示。

图12 几种独特风格的段彩纱织物

此外，曹竹燕等[39]探讨了用段彩纱织造时影响织物成形风格的多个因素，发现段彩纱的色段颜色、色段长度和单位长度内色段密度，以及机织时纬纱起织颜色和引纬方式均对织物图案起着关键作用。通过对段彩纱在织物上段彩成形图案的整体构思，可以预设图案风格。荣慧等[40]对目前市场所流行的新型三色集聚纺段彩纱的风格进行了总结，纱线毛羽少、品质高，根据段彩长度的设计，分为呈卧蚕状的超短风格、类似交织的中长风格与长色条状的超长风格。3种段彩纱在色调运用、色彩搭配以及纺纱制备、织物成形上均有不同，形成各异的风格效果，满足面料对纱线的不同需求。

3.4 结合功能性纱线

将段彩纱的特性与功能性的实现结合，可设计功能性段彩纱，提高产品附加值。陈波等[41]采用段彩工艺，选用羊毛和具有吸湿快干功能的异型涤纶进行混纺，所得的段彩纱不仅颜色丰富，而且吸湿快干性能优越，制成的织物除了手感柔软，还能吸湿导湿、透气散热，十分适合用以开发运动休闲服饰。结合功能性纱线夜光纱的使用，李梦娟等[42]开发了夜光段彩竹节纱，增加纱线夜光的功能，且夜光呈点状分布，新颖独特，具有趣味性，可用来开发梦幻感系列的窗帘与墙布。而张毅[43]将段彩工艺用于健康环保的竹炭纤维，纱线既色彩丰富，又有抗菌防霉的功能，符合时代绿色、环保、健康的发展趋势。赵博[44]将椰炭涤纶、有色涤纶、草珊瑚、棉、氨纶纤维混纺，结合紧密赛络纺技术与段彩工艺，开发了多组分纤维紧密赛络段彩弹力包芯纱，不仅色彩饱满、色泽强烈、层次明显，还结合了椰炭涤纶除湿去味、抗紫外线的功能，丰富了时尚新颖的高档面料的种类。刘梅城等[45]融合段彩纱、赛络纱和集聚纱3种纺纱技术，将铜改性聚酯纤维和锦纶纤维混纺，得到兼具各纱线特征且有良好抗菌功能的复合结构多彩纱，该纱线机织后织物效果如图13所示，其呈独特小方格状，布面色彩明丽、纹路清晰。在目前抗菌抑菌纺织品市场前景广阔，而铜离子抗菌纤维因仅有单调金属铜颜色而开发受限的情形下，此研究为抗菌纺织产品的进一步研发拓宽了新思路。

图13 赛络集聚段彩纱织物

3.5 数字化控制与仿真技术

近年来，为提高纺纱过程中的操作灵活性，以便更好调控各部分纤维比例和纱线细度，实际应用中多使用三通道数码纺纱纺制段彩纱，利用伺服驱动与PCL的协调控制，通过软、硬件的结合，实现纺纱生产柔性化。另外，通过构建仿真模型，在试纺试织前预知成形效果，便于花型图案设计与更改，以减少试验浪费，提高生产效率。

薛元等[46]给出了各时段三通道牵伸比的计算公式，总结了段彩纱的分布规律，通过在线调控纤维混纺比，纺制了线密度恒定的七彩段彩纱，如 图14 所示，多种色彩在纵向分段分布，视觉效果丰富。顾燕等[47]阐述了三通道环锭数码纺纱的数控混色纺纱机理，并利用Photoshop软件构建了段彩纱的仿真模型，模拟出混色矩阵图，为分段色彩选配提供参考。韩志远等[48]设计了一种用于段彩纱纺纱过程中粗纱混配色的工艺准备系统，其通过计算机的配色算法来替代实际生产中所需的配色试验，构建了参数计算模块以求解各工艺参数，并利用SQL Sever软件和通信模块分别实现数据的储存管理和输出控制，在满足纱线设计的要求上，极大地缩减了段彩纱生产时工艺准备的人力、物力与时间。而基于Stearns-Noechel模型全光谱匹配颜色算法，郭宇飞等[49]开发了一种模拟段彩纱主辅纱混色效果的仿真技术，并通过Peirce线圈几何模型推演，实现了对段彩纱针织物的仿真模拟，对小批量、多品种的生产具有指导意义。张晗等[50]则通过对Peirce线圈模型的改进，提出了针对段彩纱纬平针织物的仿真方法，其仿真效果更接近于实际线圈结构，适应性更强。

图14 七彩段彩纱

在数码段彩纱织物的图案设计上，研究人员已经有了不少应用，为纺织品在色彩与花型设计的进一步开发打开了广阔的空间。赵洋洋等[51]通过三通道环锭数码纺纱技术纺制了段彩纱，以此织制成的针织物颜色绚烂，其可以通过调整段彩纱的色段长度与织物幅宽等因素，设计为分散点状及多种条纹状等图案；经对色段颜色和长度的设计，成功织造了外观新颖的毛衫，为针织物的花型设计提供了新想法。管幼平等[52]总结了数控化纺纱的系统流程及纺纱过程中的调控机理，构建了一套数控混色纱色谱，并通过分段变化线密度和纤维混纺比，在三通道环锭细纱机上纺制了不同粗细节长度、不同粗细节混纺比与不同粗节倍率的段彩竹节纱，得到具有不同风格和形态的段彩竹节纱织物，如图15上排图所示，织物具有丰富多彩层次化变换的外观效果，可广泛应用于服装与家纺等领域。徐志武等[53]在三通道环锭细纱机上采用交替超喂的方式设计了多种不同花型的段彩竹节纱，也通过改变粗细节长度、粗细节混纺比和粗节倍率等工艺参数，得到风格各异的纱线，织造后得到外观多样的长/短片段的双色/三色段彩竹节纱，如图15下排图所示，丰富了段彩织物种类，为纺织品设计带来更多选择。

图15 一系列段彩竹节纱织物

4 结论与展望

综上所述，段彩纱的生产技术众多，主要有不同色浆料段染纱线和不同色纤维相混再纺纱两大类。随着智能化社会的到来，在未来，段彩纱的生产将融入更多种机械数字化控制，不断渗透数码、仿真等计算机领域的技术，构建从多通道纺纱系统、纤维颜色识别与管控、仿真软件成形模拟到织物花型图案设计等一系列智能生产系统，不仅可以更加精准分控罗拉速度，进一步优化对段彩分布的控制精度，达到改善成纱性能、提高成纱品质的目的，而且段彩纱纱线与织物的生产也将更为灵活与便捷、低能耗与高效率。

段彩纱的风格丰富多变，色彩多元化，可设计性强，随着现在人们对段彩纱个性化、时尚化、多样化、功能化的需求越来越高，今后段彩纱将进一步拓宽成纱种类，紧跟时代发展潮流，除了在原料与色彩搭配上不断创新、结合多种纺纱技术与多种品种的纱线使段彩线更具复合化，也将趋向于对多功能化纱线的开发，使其除了在服装、服饰、家纺等领域中有美观趣味的应用，也增添功能性的应用，开发功能性纺织产品，赋予其更高附加值。