针织物图案变化与精准纺纱工艺的关系模型

董真真,李文雅,孟天玉,梁建行,任学勤

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

基于一根自固结子线将图案与面料合为一体编织成型是一种个性化发展的趋势。采用自固结子线的结子部分构成针织物图案的成型方式不仅改变了传统织物图案成形的方法、缩短了工艺流程,并且图案风格独特,具有立体效果[1-2]。陈少兰[3]、杜霞等[4]在针织物图案研究基础上,分析结子线结子位置的分布与纺纱工艺参数之间的关系以及结子线的各段长度与布面图案之间的关系,得到精确纺制结子线的工艺设计基础,并织造出蝴蝶、宝相花、圣诞树等6款较为复杂的针织物图案。邱艳茹等[5]将定位图案与机织物相结合,采用MatLab软件系统实现从模板图案快速转换成纺纱工艺参数,并利用非刚性配准技术对形变织物图案进行校准,降低人工计算成本,并织造出具有君子树和蘑菇图案的机织物。

本文在调节控制结子线纱线段长度织造出不同放大倍数精准图案针织物的基础上,建立图案放大倍数与循环纱长、纺纱工艺参数之间的关系模型。在设定织物尺寸不变的条件下,将所设计的基础图案等比例横向放大2、3倍,研究循环纱长、纺纱工艺参数的变化规律,以建立在图案调节大小时快速确定不同大小图案的针织物的循环纱长及各纱线段长度并确定纺纱工艺参数的模型,降低人工计算成本,减少图案试织、工艺调整次数。

1 实 验

1.1 实验原料及设备

原料:实验使用的自固结子线由芯纱和固纱构成,芯纱为白色棉纱(纱线线密度33.2 tex,冠杰纺织有限公司),固纱为黑色涤纶长丝(纱线线密度8.3 tex,诸暨市仪秋针织厂)。结子位置及大小可调控的自固结子线示意图如图1所示,灰色部分为芯纱,红色、绿色以及黑色表示固纱在芯纱上来回3次包缠形成结子段,结子之间为平线段[6]。

图1 结子线示意图

设备:纺纱设备为配备了多功能电脑控制器的HFX-A01型空心锭花式纺纱机(苏州市华飞纺织科技有限公司);织造设备为总针数96针的KU483圆筒针织机(机号为7针/(25.4 mm),无锡市振荣针纺机械有限公司)。

1.2 图案设计

设定织物尺寸不变,设计的图案一体成型针织物模拟图如图2所示,图2(a)为基础图案设计针织物模型,图案花宽3纵行,花高10横列,其相距的宽度h为14个纵行。图2(b)(c)是在保持矩形间距h不变的基础上,分别将基础图案横向等比例向两侧放大2、3倍的针织物模型图。

图2 基础图案不同放大倍数的模拟针织物设计

1.3 精准针织物图案织造

采用空心锭花式纺纱机纺制自固结子线时,必须要确定纺制结子线相对应的纺纱工艺参数,确保结子线外观形态良好,结子不会滑动脱散,捻度适宜不会影响织造[7]。实际纺制后的自固结子线经过测量表明,空心锭参数为前罗拉参数的1.8倍时,平线段结构稳定;空心锭参数为前罗拉参数的15倍时,芯纱无外露且成型良好,结构稳定,自固结子线符合设计需求,能够在织物上清晰地呈现图案。软件界面的工艺参数设置如表1所示,工艺参数是工艺管理软件界面的初始工艺数据,为信号数据,无单位[8]。

表1 工艺参数设置

由于结子段的长度及大小会影响图案的精准度与美观性,平线段长度会影响图案的位置及分布,因此必须要进行转速和时间参数的设置来严格控制各纱线段的长度[9]。根据实际测量和参数调控,结子段长度、平线段长度与前罗拉运行时间的关系式分别如式(1)(2)所示:

(1)

(2)

式中:T1为结子段前罗拉运行时间,s;L1为结子段长度,cm;N1为结子段前罗拉参数;T2为平线段前罗拉运行时间,s;L2为平线段长度,cm;N2为平线段前罗拉参数。

采用圆筒针织机将结合基础图案设计所纺制的自固结子线织造为织物,结子线编织方向模拟图如图3所示。

图3 自固结子线编织方向模拟图

图3中纱线以逆时针方向螺旋编织。结子1构成图2中左侧蓝色矩形,结子2构成右侧红色矩形。矩形之间的距离h为平线段1,隔行结子之间为平线段2。结子1的头端到第2个结子1的头端的距离是循环纱长[10]。经测量实验测定,最初织造的无图案针织物横密为29纵行/(5 cm),纵密为37横列/(5 cm)。采用拆解试样的方法,测量织物的线圈长度以及循环纱长,得出基础图案的各纱线段长度,通过工艺调整以及图案修正,最终织造出图2(a)基础图案设计的针织物模拟图的针织物实物图(见图4),图案大小对织物密度无影响。经对比,基础图案实物图中图案大小及位置与模拟图相符。

图4 基础图案的针织物实物图

为研究图案放大倍数与循环纱长的关系,本文实验以基础图案针织物的结子段长度以及平线段长度为基础,推测出基础图案分别横向等比例向两侧放大2、3倍的针织物的各纱线段长度以及循环纱长,经纺制多组自固结子线进行织造测试,所织织物中图案发生偏移。通过工艺调整以及图案修正,最终织造出图2(b)(c)图案放大2、3倍模拟图对应的针织物实物图(见图5、6),图案符合设计要求。

图5 基础图案放大2倍的针织物实物图

基础图案不同放大倍数针织物的各纱线段长度数据见表2。由于针织物的线圈数量以及矩形之间的线圈数量不变,将基础图案放大2、3倍,构成图案的结子1及结子2的线圈数量呈倍数增长,故平线段2的线圈数量减少。由表2中数据可得,结子段长度呈倍数增长,平线段2呈递减趋势。

表2 基础图案不同放大倍数下针织物的各纱线段长度

2 结果与讨论

2.1 图案放大倍数与循环纱长的关系

由于本文实验纺制的自固结子线的平线段部分柔软性优于结子段部分,所以结子段线圈长度大于平行段线圈长度,当图案放大时,结子段线圈数量增多,所以循环纱长随着图案放大倍数的增大而增大。基础图案不同放大倍数针织物循环纱长的曲线拟合见图7。

图7 图案放大倍数与循环纱长的关系

由散点的分布和趋势可得出,图案放大倍数与循环纱长之间的关系近似直线,因此采用线性函数进行回归分析,循环纱长与图案放大倍数的关系如式(3)所示:

L=1.65a+67.17

(3)

式中:a(1

此回归方程的相关系数为0.992 95,具有显著相关性,图案放大倍数与循环纱长之间为线性关系。

2.2 图案放大倍数与纺纱工艺的关系

所设计的基础图案放大,各纱线段的长度也随之变化,精准纺纱工艺参数也需要进行一定的调整及修正。结合运行时间计算式(1)(2),图案不同放大倍数针织物的各纱线段运行时间见表3。

表3 图案不同放大倍数针织物的各纱线段长度及运行时间

分析表3数据可得,将基础图案横向按比例向两侧放大2倍时,构成矩形的结子段长度从2.6 cm增长到了5.2 cm,呈倍数增长,而由于平线段2的线圈数量减小,所以平线段2从53.7 cm减小到了49.98 cm。基础图案3倍放大的各纱线段长度变化规律也如此。因此,当图案放大a倍时,结子段的长度为a×2.6 cm,结合式(3)循环纱长的计算公式可得图案放大倍数与平线段2长度的关系式,进而可推导出平线段2长度的计算公式(4)。结合式(1)(2)可得出图案放大倍数与结子段前罗拉运行时间、平线段前罗拉运行时间的关系,推导可得式(5)(6):

(4)

(5)

(6)

式中:LP为平线段2的长度,cm;Tj为结子段1或结子段2前罗拉运行时间,s;TP为平线段2的前罗拉运行时间,s。

将实验数据及建立的公式总结分析可得,针织物图案横向按比例放大的精准纺纱工艺变化规律模型,精准纺纱工艺规律模型见表4。

表4 基础图案放大倍数与纺纱工艺关系模型

分析表4可得,将基础图案横向等比例向两侧放大,构成图案的结子段1和结子段2的长度呈倍数增长,平线段1长度以及运行时间无变化,平线段2所占的针数减少,所以平线段2长度随着图案的放大呈线性减少趋势,各纱线段的运行时间也随着长度的变化呈线性变化。

2.3 实验结果验证

为了验证模型的准确性,实验以图案放大4倍的针织物为例进行模型验证。由表4中模型公式可得图案放大4倍的纱线各纱线段长度以及运行时间如表5所示,所织造的针织物实物图如图8所示,实物图中图案大小及位置与模拟图相符,满足设计需求,模型具有准确性和可靠性。

表5 基础图案放大4倍针织物的各纱线段长度及运行时间

图8 基础图案放大4倍的针织物实物图

3 结 论

本文实验是在织物尺寸以及矩形间距不变的条件下,将基础图案矩形横向放大2、3倍,分析对应精准纺纱工艺的变化规律,建立图案放大倍数与纺纱工艺的关系模型,此模型适用于在圆筒针织机织造同一尺寸、不同放大倍数的同一图案的针织物,并得出以下结论:

①当图案放大倍数a(1

②图案放大a倍时,结子段的纺纱时间变化规律为Tj=1.506×2.6a;平线段的纺纱时间变化规律为Tp=0.125(-3.55a+57.19)。

③建立的图案放大倍数与循环纱长、纺纱工艺之间的关系模型可用于1根纱织造精准图案针织物的快速调节,可以减少图案尺寸变化时纺纱工艺参数的调节次数和针织物试织次数,整体提高制备效率。