段纺纱的研发与应用

麦永光

（广州纺织服装研究院有限公司，广东广州510663）

花式纱线以其独有的纱线结构、丰富的变化、色彩缤纷的外观效果，能极大地增加织物的花色品种，满足现代人衣着向时尚、自然、休闲、个性、新颖等多元化方向发展的需求。目前细纱机一般只能纺平纱，即纱线结构没什么变化，多为普通单色及混纺纱线，结构差异的新产品较少，附加值低。而且在多色混合的纺纱工艺中，多数在纤维的横向组合中研究，纱线纵向上色泽的变化一般采用段染技术，因生产成本较高，使用受到一定的限制。

本文针对上述的状况，采用FA506 型细纱机，通过对其传动系统进行技术改造，并应用先进的控制设备，单独控制各根罗拉的速度，以控制纱线的喂入和输出，从纱线形态及结构的运用角度出发，研发出可以生产段纺纱的设备和工艺技术方法，并使产品在市场上能得到应用推广，带动行业技术进步，满足现代消费者的需求，为企业带来更大的经济效益。

1 段纺纱生产原理与细纱机的技术改造

1.1 段纺纱生产原理

生产段纺纱时在细纱机采用两根粗纱喂入，一根作为基纱，从粗纱管上退绕下来后，绕过导纱杆经摇架上导丝轮的引向，连续喂入到中罗拉；另一根作为色纱，按正常通道喂入到后罗拉，通过控制系统的作用，在后区牵伸后再间断喂入到中罗拉，最后两根纱条在前牵伸区集合，一起牵伸并加捻形成段纺纱[1]。因色纱喂入是间断的，这就要求后罗拉在纺纱过程中作时转时停的间歇性运动。纺纱时前中罗拉由主电机带动，作正常牵伸纺纱；而后罗拉通过伺服电机系统的单独控制，经输入参数到系统就能使后罗拉作转动或停顿的运动，且运动时间的长短和快慢也是可控的，从而控制色纱喂入的数量与时间，就使纱间断产生有颜色的彩段。

1.2 细纱机技术改造方法和采用技术路线的要点

1.2.1 后罗拉与前中罗拉的传动分离

FA506 细纱机前、中、后三根罗拉原本是连在一起传动的，不能对每根罗拉作单独控制。生产段纺纱时，为使两根粗纱分别在中、后罗拉喂入时能够作出独立控制，对牵伸区的传动要作改变，将中罗拉传动至后罗拉的过桥牙（68T）拆掉，把后罗拉与中罗拉的传动分离。然后在后罗拉的轴头上安装齿轮，用伺服电机通过链条将其传动，独立驱动后罗拉，同时保留前、中罗拉原有的传动不变，实现后罗拉与前、中罗拉可以各自控制传动。

1.2.2 后罗拉采用伺服电机控制系统传动

后罗拉分离以后，为保证前、中、后罗拉同步运转，并对后罗拉的运动作出准确的控制，我们通过在中罗拉加装编码器产生信号和采用伺服电机式竹节纱装置系统来实现。伺服电机控制系统由操作面板、CPU 程序处理器、驱动器和伺服电机等主要部分组成，通过输入参数经CPU 程序处理器发出程控指令，到驱动器驱动伺服电机，按指令作周期性或无规则的无级数变换转速，从而对后罗拉运动的改变作出有效控制，达到纺纱所指定的工艺要求。该系统具有无惯性、旋转速度精确，变化范围广，执行工艺更准确，产品质量更稳定的特性。

1.2.3 加装粗纱吊锭和导丝轮

根据段纺纱生产工艺的要求，细纱机的粗纱吊锭数量要增加一倍以上。为保证从中罗拉喂入的粗纱，能正确喂入到前区并与后罗拉喂入的粗纱重叠在一起，使它们形成抱合一起共同牵伸，确保成纱的质量，在加压摇架上每锭都必须加装导丝轮，用以引导中罗拉喂入的粗纱。

2 段纺纱主要工艺参数的确定

段纺纱能否形成一定的特色风格，关键是要确定好后罗拉的转速和后罗拉转速变化的间隔时间这两个主要参数。

经改造用于生产段纺纱的细纱机，就把原来前后两个牵伸区，分为两个不同功能的区域。前区是主牵伸区，通过改变原有牵伸变换齿轮E、D 牙的齿数来改变牵伸倍数，使纱线达到工艺所要求的号数，段纺纱的总牵伸倍数等于原前区牵伸的倍数。后区主要是控制色纱的牵伸与喂入，使其经后区牵伸后，按工艺要求的喂入量间断地喂入到中罗拉。

2.1 后罗拉转速

2.1.1 改变后罗拉转速的方法

后罗拉转速是决定彩段粗细、颜色深浅的主要参数。主要是通过调节伺服电机控制系统里牵伸和超喂的倍数来实现对后罗拉转速的改变。后区实际牵伸倍数= 控制系统的牵伸倍数÷超喂倍数。选用小的后区牵伸，就意味着后罗拉转速快，色纱只经比较小的牵伸，喂到中罗拉的纤维量就越多，产生的彩段越粗颜色越深；反之后罗拉转速慢，产生的彩段越细颜色越浅。

色纱喂入量（tex）= 色纱粗纱定量（tex）÷后区实际牵伸倍数

2.1.2 表述彩段粗细的方法

彩段的粗细可以用彩段部分的粗度与基纱（原色纱）部分的粗度相比的倍数来表述。计算公式为： 彩段的倍数= [色纱喂入量（tex）+ 基纱粗纱定量（tex）]÷ 基纱粗纱定量（tex），一般在1.2 ～3 倍之间选用。

2.1.3 控制系统牵伸与超喂倍数的确定

主要是根据色纱和基纱粗纱的定量，和段纺纱要形成的风格效果综合考虑来决定。牵伸倍数一般在5 ～30; 超喂倍数在0.01 ～9.99。当超喂选用0.01 倍时，后区实际牵伸倍数最小也有100 倍以上，而中罗拉按正常的工艺设计来计算，一般在10 r/min 以下，也就是说在这个时候，后罗拉的转速最快也只有0.1 r/min，实际上是做相当于停顿的运动，色纱此时就停止向中罗拉喂入，纱段也就没有色彩。牵伸倍数只能确定一个参数，超喂倍数则可设计240 个不同的参数。

2.2 后罗拉转速变化的间隔时间

后罗拉转速变化的间隔时间是决定彩段长度与彩段间距的主要参数。

改变后罗拉转速变化的间隔时间可通过改变伺服电机控制系统里粗节和细节这两个参数来实现。

粗节参数主要控制纱里彩段的长度，理论上输入多少数字就可输出多少mm 长度的彩段，但从后罗拉喂入的色纱还要经前区牵伸，所以彩段的实际长度= 输入长度（mm)× 前区牵伸倍数，由于纺纱纤维本身是有一定的长度，经牵伸后也不能把它拉断，所以尽管长度设计到最短的1 mm，彩段实际最短的长度也只能是所纺纤维的长度。

细节参数主要控制纱里彩段之间的间隔长度，与上同理，输入多少数字就表示彩段之间的间隔就有 “输入长度× 前区牵伸倍数”的长度(mm)。所以实际长度从理论上来讲，最短的间隔等于前区牵伸倍数。

粗节和细节可各分别设计120 个不同的参数，也是根据每种段纺纱要产生的风格效果来分别确定，数据范围为1 ～9 999。

3 段纺纱工艺技术要点

3.1 细纱工艺

细纱是段纺纱生产的关键工序，生产难度要比常规纱大，为保证机台生活好做和产品质量，前罗拉速度要降低，在12 ～15 m/min 为宜。段纺纱中彩段的附着牢度差，为加强对色纱的包覆作用提高成纱质量，采用比常规纱大10% ～20%的捻系数[2]。

段纺纱的彩段部分比正常纱要粗，在纺纱过程中容易造成卷绕气圈突然加大碰撞到隔纱板使纱断头或起毛，为稳定气圈张力，减小断头和毛羽，宜选用比正常纺纱重2# ～3# 的钢丝圈。

由于基纱没有经后区牵伸，就直接喂入到前区牵伸，因此在牵伸过程中纤维之间的抱合比较紧，造成摩擦力界增大，容易出现牵伸不开而产生硬头的现象，所以前区罗拉隔距适当比正常纺纱放大2 ～3 mm，以利于牵伸正常生产。为有效控制色纱能集中准确地喂入到中罗拉，后区罗拉隔距以偏小掌握为好，在保证正常牵伸的前提下，隔距越小控制越好，采用25 mm 的隔距合适。

3.2 基纱粗纱定量和捻系数的设定

由于基纱粗纱在细纱工序没有经过后区的牵伸，会出现在前区牵伸不顺利的问题，因此定量不宜过大，一般在经细纱前区10 ～35 倍的牵伸后能达到所纺的号数为宜。在保证粗纱能正常退绕的情况下，捻系数以比正常粗纱少10% ～15%为适合，有利于前区牵伸。

3.3 色纱粗纱定量和捻系数的设定

粗纱定量只要保证色纱能按所生产段纺纱工艺要求的喂入量喂入就可以。因色纱在后区牵伸时，牵伸倍数一般比正常纺纱要大好几倍以上，牵伸后纤维容易分散不集中，进入前区时难与基纱抱合，不利于对纤维运动的控制，所以捻系数要比正常粗纱大10% ～20%。

4 段纺纱生产要点

段纺纱与常规纱的工艺有区别，对生产操作的要求必须更严格，在实际生产中要重点注意以下几个问题，以保证产品质量。

（1）由于色纱是间断喂入，经后区牵伸后纤维都有些分散，如不加以控制成为浮游纤维，会出现色纱不能顺利地包缠在基纱上的现象，所以基纱与色纱两根粗纱在前后区的喂入必须在同一平面的直线上，保证色纱能顺利进入到中罗拉钳口[3]，在前区与基纱上下重曡在一起互相形成抱合，这样色纱就能很好地包缠在基纱上，确保成纱质量。

（2）前牵伸区加装集合器，能把基纱与色纱的两种纤维收集在一起，有效控制色纱浮游纤维的运动，防止色纱纤维的跑失，明显提高成纱质量。

（3）强化对操作人员的管理，增强值机工的质量意识，做到勤巡回，重点加强对粗纱喂入部分的检查，避免两根粗纱在喂入时发生断裂的现象。

（4）段纺纱生产工艺确定后，基纱与色纱粗纱的定量不能改变，以保证每次成纱质量的一致性。

5 段纺纱的应用推广

近年来，我司根据市场的需求，采用段纺纱生产技术，充分利用各种纤维的性能，开发了如下几类的产品。

（1）用两组染色性能不同的纤维成份分别纺成两种粗纱，用作基纱和色纱进行纺纱，用该纱织成的面料，采用不同的染色，可得到布面和彩段颜色各不相同的效果，客户可根据需要，比较随意地造出不同色彩搭配的效果，应用方便广泛。

（2）用两组染色性能不同的纤维成份分别纺成两种粗纱，但先把用作色纱的纤维染色（或用色纤），在纺成粗纱后跟基纱一起纺纱，纱线就可直接出现彩段的效果，可简化后整加工降低成本。为使布面彩段颜色多样化，在纺制色纱粗纱时可用几种不同颜色的纤维，先分别单独制条，然后混并纺成粗纱与基纱一起纺纱，可得到彩段颜色变化更丰富的效果。

（3）与彩点纱的生产工艺进行复合，纺制彩点段纺纱。采用彩点纱的生产工艺，加进与色纱原料相同的点子或其他有色的点子，纺成有点子的基纱粗纱，然后和色纱一起纺纱，所织出的面料染色后，同时就有彩点和彩段的效果，布面的立体感更为突出。

（4）采用加进含有色纱原料成分的纤维，和其他纤维一起纺制基纱粗纱，然后与色纱一起纺纱，所织成的面料只染基纱与色纱共有的原料，使面料底色和彩段部分是同一颜色，但有深浅之分，底色稍浅一点，彩段部分深一点，整个布面得到比较柔和，且有立体感的效果。

（5）通过采用多组不同超喂倍数的工艺参数，使后区牵伸倍数作出相应不同的改变，喂到中罗拉的色纱纤维量也同步发生变化，纱上每一段的彩段随之产生深浅粗细不同的变化，织成的面料颜色有深浅之分，凹凸感和层次感更明显。

6 结论

段纺纱生产技术改变了以往对细纱机的改造多是将中、后罗拉作为一个整体，通过控制这个整体的喂入速度与时间，来生产竹节纱、大肚纱等花式纱线的传统理念，反过来将前、中罗拉作为一个整体，后罗拉作为独立喂入的罗拉，纺纱时采用两根粗纱喂入，一根从中罗拉连续喂入，另一根从后罗拉间断喂入，生产出有颜色间断变化的段纺纱。一改传统纺纱一根纱线只有一种颜色的生产工艺，技术具有独特性。

段纺纱生产技术可推广到一般的纺织企业中应用，改造成本不高。而且细纱机的改造是可逆的，改造后既能生产段纺纱，也能很简单地恢复原有的功能，生产普通纱线和竹节纱，设备用途更广。经生产证明，用上述的技术可以稳定生产出符合客户要求的纱线，进行批量生产，供客户应用在针织、机织、毛织等各个领域。从段纺纱的实际应用中可看出，充分利用好各种纤维不同的性能，合理地设计好生产工艺，就能更好地体现段纺纱所独有的风格，使产品多元化应用更广。

[1]李晓华，陆锡滨，陈卫红.彩虹纱的开发实践[J].广西纺织科技，2007 (3): 9-10, 28.

[2]赵慧，叶静.彩涤/棉纤维段彩纱的工艺研究[J].轻纺工业与技术，2010 (4): 5-6, 21.

[3]桂亚夫，徐亚军，吴洪华.后区竹节纱的纺制体会[J].棉纺织技术，2011 (3): 44-46.