纬向曲线机织物的织造技术

张进武

(1. 江苏工程职业技术学院， 江苏 南通 226007； 2. 江苏省先进纺织工程技术中心， 江苏 南通 226007)

纬向曲线机织物的织造技术

张进武1,2

(1. 江苏工程职业技术学院， 江苏 南通 226007； 2. 江苏省先进纺织工程技术中心， 江苏 南通 226007)

为解决机织物纬向曲线织造问题，对纬向曲线机织物形成技术进行开发。主要是改变机械结构，调整织物组织组合，采用弹性打纬；或改变直线打纬状态，产生纬纱曲线；或改变部分送经速率，实现纬纱弯曲等，先后开发出多种装置，满足不同的织机机型。为装配大提花龙头的织机，设计出弹性自由筘；为装配多臂小提花龙头的织机，设计出双弯立体曲面型筘；为喷气织机在内的通用机型，设计出控制部分经纱送经速率的装置，制作出纬向曲线织物以及经纬双向曲线织物，并通过色彩与纹样的流行设计，使织物风格显得更为独特、新颖，外观上更为生动、丰富。

机织； 纬向曲线织物； 弹性打纬； 织造工艺

色织布是我国纺织工业传统产品之一，在纺织工业中占有重要地位。它是技术和艺术的结合，在与都市时尚融合方面发挥着重要的作用。为创新色织面料设计，通过改变传统的织造方法，主要将经、纬向改为曲线织造，将产生奇特的外观视觉，为创新流行设计提供条件。本文针对机织纬向曲线织物织造技术要求通过改变机械结构，调整织物组织，采用弹性打纬；或改变打纬状态，产生纬纱曲线；或控制部分送经速率，实现纬纱弯曲，先后开发出多种装置，满足不同织造的需要。

1 纬向曲线织物形成工艺技术

1.1 弹性自由筘法

常规织机上的钢筘是刚性的，将打纬控制在一条直线上，纬纱在织造过程中为直线。弹性自由筘法主要是通过设计一种特别的钢筘，利用织物组织的变化或纬纱粗细的变化，使织物在织机上的纬向在同一条纬纱上的充实率发生差异，进而打纬力发生差异，弹性自由筘根据打纬力的不同，发生筘齿弯曲打纬，形成纬曲线效果。

设计织物组织的变化是以原组织为基础，通过改变组织点飞数，延长组织点浮长改变斜纹方向，或将2种以上的组织通过联合，演变为变化组织、联合组织、复杂组织等。在上机经、纬密和粗细纬纱相同的情况下，不同织物组织在织机上具有不同的充实率。以平纹、斜纹和缎纹3种组织为例，在相同纱线线密度、经纬密的条件下，平纹的充实率最大，斜纹的充实率其次，缎纹的充实率最小。充实率大小决定了打纬力大小，充实率大的打纬力也大，充实率小的打纬力也小。根据上述原理，在织物设计时，将纬向不同段的部分设计成不同的织物组织，如平纹与缎纹交替，即获得不同的打纬力区域，配上弹性自由筘，即可实现纬纱弯曲效果。在实践中，通过织物组织的变化实现纬纱曲线效果的基本要求是，经纱组织的经纱数有一定量的组合单元。经试验证明，通常色织面料要大于200根，才有较好的纬纱曲线效果，因此，该方法需要配大提花机构来控制经纱提降，而一般的小提花织机上最多只有24片综框，是不能实现这种纬纱曲线效果的。

另外，通过纬纱粗细的变化，也可实现纬纱弯曲效果。原理是纬纱粗细的变化也使织机上的纬向充实率发生差异，进而造成打纬力发生差异，纬纱粗节部分打纬力大，使此区域的纬纱弯曲大；纬纱细节部分打纬力小，使此区域的纬纱弯曲小，即实现了纬纱曲线，原理与前面改变织物组织的是一样的。

弹性自由筘结构主要由下部筘基、中部筘齿和上部筘齿定位孔条组成。下部筘基用来固定筘齿；中部弹性筘齿为圆形钢丝，直径为0.2～0.5 mm，要具有良好的弹性，在反复弯曲后，塑性变形要很小；上部筘齿定位孔条作用是筘齿定位，要求能使筘齿自由向后摆动。上部筘齿定位孔条的固定主要靠边筘部分的固定连接齿固定。同时，在中间也需安排若干固定连接齿来加固定位孔条，中间固定连接齿具体的数量，需结合纬纱弯曲的图形和钢筘中间固定要求来综合考虑。具体结构如图1所示。

注：1—筘基； 2—弹性筘齿； 3—筘齿定位孔条； 4、5—固定连接齿。图1 弹性自由钢筘结构图Fig.1 Structure diagram for elastic free reeds

1.2 双弯立体曲面型筘法

要实现在小提花织机上进行纬纱曲线织造，参照美国专利的做法，将直条筘片焊接于上下梁为曲线形的筘框上制成曲面钢筘，如图2所示，就会产生重复一致的纬纱曲线效果。理论上，如果能使生产过程中曲面钢筘产生左右往复移动，就能实现同一曲线形态纬纱的横向位移变化，设法将筘片焊接固定式钢筘改制成筘片可前后移动的活动式钢筘，实现纬纱呈变化曲线形态，这种设想要实现还是困难的，而且曲线的变化还是较单一，只有位移的改变。

注：1—曲面钢筘； 2—打纬线； 3—经纱； 4—纬纱。图2 曲面钢筘织造示意图Fig.2 Weaving diagram for three-dimensional surfaced reeds

创新设计一种双弯立体曲面型筘纬纱曲线织造方法，较好地解决了上述问题。具体是设计双弯立体曲面型筘，主要结构由上定位支架、下定位支架、连接钢丝和外框支架等组成。上定位支架与下定位支架的组合是按上边呈“S”形时，下边即呈倒“S”形。也就是上边为正弦波型时，对应的下边为负180°正弦波形。反之，当上边为负180°正弦波形时，对应的下边则为正弦波形。上、下边之间用细钢丝上下连接，形成立体的曲面型筘面，钢丝的排列采用上下等密度形式，如图3所示。

注：1—上定位支架； 2—下定位支架；3—连接钢丝； 4—外框支架。图3 双弯立体曲面型等密度筘示意图Fig.3 Diagram for double-curved three-dimensional surfaced iso-density reeds

在打纬时，双弯立体曲面型筘处于上下运动中，当双弯立体曲面型筘处于运动上端时，若处于正弦波形，被打的纬纱就向外凸出；若处于负180°正弦波形，被打的纬纱就向内凹进。对应于上端时处于正弦波形处的下端，则处于负180°正弦波形，当运动到下端时，被打的纱就一定会向内凹；若对应的上端处于负180°正弦波形，则该下端一定处于正弦波形，当运动到下端时，被打的纱就向外凸出，这就形成纬纱曲线的效果。

要强调的是当运动到中端时，就是一个正常的直线钢筘，打出的纬纱就是直线了。

若钢丝的排列采用上下疏密交替变换组合，如图4所示。即上疏时，则下密，反之上密时，则下疏。对经纱而言：当这种疏密型筘处于上端时，若处于筘密区，则经纱密度加大，若处于筘疏区，经纱密度变小；当双弯立体曲面型筘处于下端时，若处于筘疏区，则经纱密度变小，若处于筘密区，经纱密度加大；这种疏密变化达到织造经密变化，经过多次反复打纬后逐步由斜线送入的经纱渐变成曲线，最终形成经、纬纱曲线织物。

双弯立体曲面型筘升降装置是由步进电动机、减速装置、圆锥齿轮组和升降丝杠组成的位移传动系统实现每纬的微量升降运动。双弯立体曲面型筘上、下运动程序由组态软件实现控制。根据所织波型的波形参数，预先在组态软件中设置好每纬的升降量。考虑到曲面型筘运动的平稳、连续性，通常设计使双弯立体曲面型筘上、下运动程序是一个平稳连续匀速上升到一个平稳连续匀速下降，织出的花型为正弦波形曲线。调节曲面型筘升降速度可改变正弦波形，曲面型筘升降速度快，正弦波形则偏平；曲面型筘升降速度慢，正弦波形则高凸。对于跳跃式上升或悬崖式下降的设计，考虑目前设计的升降装置难以适应，未做试验。

双弯立体曲面型筘的波形宽度设计，考虑到波形太宽受筘厚的限制，因钢筘过宽，织机上就没有安装空间。波形宽度控制在50～80 mm之间。通常色织布幅宽在1.6 m左右，则有20～30个波形组合。具体波形宽度要根据纹样要求而定，并做好与制筘商家的协商。

1.3 控制部分经纱送经速率法

随着喷气织机的推广普及，前面介绍的弹性自由筘法和双弯立体曲面型筘法纬纱曲线织造方法都无法应用。为此，开发了控制部分经纱送经速率的装置，实现纬密大小变化，造成纬纱曲线。这种方法也可在其他织机上应用。

控制部分经纱送经速率的装置由一个品字形的3根辊子组成，其中下2根为张力辊，表面光滑，上1根为送经张力调节变形凸轮辊，经纱由下2根张力辊托持，上送经张力调节变形凸轮辊根据表面轮廓曲线将对经纱进行作用。在某处，当上送经张力调节变形凸轮辊由凸轮基圆轮廓曲线向凸轮尖顶轮廓曲线运转对经纱下压作用时，将起到减小送经的作用，此时的纬密变大；当上送经张力调节变形凸轮辊运转由凸轮尖顶轮廓曲线向凸轮基圆轮廓曲线对经纱作用时，将起到增大送经的作用，此时的纬密将变小。组成了纵向的一大一小的纬密组合，为纬纱发生弯曲变形创造了条件。图5示出控制部分经纱送经速率的装置结构示意图。

注：1—凸轮基辊；2—变形凸轮片；3—张力辊1；4—张力辊2。图5 控制部分经纱送经速率的装置结构示意图Fig.5 Structure diagram for the device for beat-up state in control part

送经张力调节变形凸轮辊表面变形凸轮的设计是产生纬向曲线的根本。我们将送经张力调节变形凸轮辊表面的变形凸轮做成由每片的厚度2～6 mm凸轮片错位叠加组合而成，即基圆轮廓曲线与尖顶轮廓曲线在辊子上所处的不同截面有着不同的相位差。送经张力调节变形凸轮辊转动时，在整个变形凸轮辊工作面上，有些地方是对经纱进行下压转动，而有的地方是对经纱压力抬起，表现在织物布面上就是当对经纱进行下压转动时，此处纬密就增大；当对经纱压力抬起时，此处纬密就减小，这样，由横向一大一小的纬密组合起来，就使纬纱发生弯曲变形，在布面上呈现出曲线效果。图6示出其中的一种布样组合效果。

图6 纬向曲线织物布样图Fig.6 Cloth pattern of latitude curve fabrics

控制部分经纱送经速率装置的结构主要设计是：正品字形的3根辊子中2根张力辊，表面要光滑，直径设计在80～120 mm之间，主要考虑其要承受送经张力调节变形凸轮辊的压力时不弯曲变形；两张力辊之间的距离以满足上送经张力调节变形凸轮辊能在中间正常转动即可，偏小掌握。原因是经纱由2根张力辊托持，上送经张力调节变形凸轮辊根据表面轮廓曲线将对经纱进行作用，当上送经张力调节变形凸轮辊运转由凸轮基圆轮廓曲线向凸轮尖顶轮廓曲线对经纱发生下压作用时，起到减小送经的作用，此时的纬密变大；当上送经张力调节变形凸轮辊由凸轮尖顶轮廓曲线向凸轮基圆轮廓曲线运转对经纱减小下压作用时，起到增大送经的作用，此时的纬密将变小。两张力辊间的距离越小，变量下行曲线X就越大，曲线就越明显。

送经张力调节变形凸轮设计，主要包括凸轮基圆轮廓曲线参数设计、凸轮尖顶轮廓曲线设计和基圆轮廓曲线到凸轮尖顶轮廓曲线的过渡轮廓曲线设计；凸轮基圆直径取20～40 mm为宜；凸轮尖顶轮廓的直径为凸轮基圆直径的2～4倍；从基圆轮廓曲线到凸轮尖顶轮廓曲线的过渡轮廓曲线和从凸轮尖顶轮廓曲线到基圆轮廓曲线的过渡轮廓曲线主要关系到送经变量变化，从基圆轮廓曲线到凸轮尖顶轮廓曲线的过渡轮廓曲线对应送经量的减少规律，从凸轮尖顶轮廓曲线到基圆轮廓曲线的过渡轮廓曲线对应送经量的增大规律。

送经张力调节变形辊表面的凸轮做成由每片厚度为2～6 mm的凸轮片错位叠加组合而成。为方便凸轮片错位叠加组合，将基辊做成正方形或六角形轴体，凸轮片圆心做成正八角形或正十二角形与基轴配合，即能方便地进行凸轮片与基辊的定位，变形凸轮辊每处的凸轮片位置按纬纱曲线要求进行定位。下面举例说明：基辊为六角形轴体，凸轮片厚为6 mm，设计一纬曲线纬向周期长度以150 mm时，则凸轮叠片为150/6=25片为1组。具体叠片错位见表1。最后，再根据面料幅宽，计算出n个组合进行一组一组的叠片组合。

表1 凸轮片叠片与错位排列

该装置3根辊子的转速设计需考虑以下2个方面：一是需确保2根张力辊表面的速度须与送经速度一致；二是送经张力调节变形凸轮辊的转速，是一个可调节变化的工艺参数。具体讲，变形凸轮辊转一转，就是曲线经向变化的一个周期。变形凸轮辊的转速快，布面上曲线经向变化率就大；而变形凸轮辊的转速慢时，布面上曲线经向变化率则就小。在设计时，首先确定纬曲线在布面上经向一个完全组织的长度。这里，要考虑2个因素：一是纹样(花样)设计时的要求；二是考虑变形凸轮辊的转速快时，会对经纱张力作用太大，造成大量断头的问题。具体数值要在试验中选取、确定。变形凸轮辊的转速n的计算：n=V/L(1+L/l)。式中：V为织物速度；L为变形凸轮辊周长；l为一个纬曲线经向完全组织的长度。

控制部分经纱送经速率的装置传动部分要求：2根张力辊利用原织机送经传动机构带动，考虑变形凸轮辊的转速能方便调节，由一个调速电动机独立带动。并加一个PLC控制器来方便变形凸轮辊的转速变化，使曲线的变化在织造的过程中也能改变，实现多种变化组合，如大曲线到小曲线，或有曲线到无曲线(即直线)等等，更加丰富布面曲线的变化。

2 色彩与纹样设计的思考

面料的色彩与纹样设计对面料的时尚、流行都十分重要，纬曲线面料更是如此。要突出纬向曲线的效果，一般纬纱需采用色彩对比强烈的设计，并与花型纹样配合力求协调、明朗。色彩布局要有层次，使之层次分明，富有立体感。颜色一般采用深色与浅色、有色与白色、或多组色搭配等等。纬曲线纹样一般为线状或条状，或线、条结合形状等等。图7示出一种深、浅色与白色多组色条状纬曲线织物布样。需要强调的是线状或条状并没有严格的划分，图6中线状纬向曲线织物，主要以深色来确定。如果以浅色来确定的话，定义它为条状曲线织物也是可以的。

图7 深、浅色与白色纬向曲线织物Fig.7 Dark, light and white latitude curve fabrics

为丰富色彩的变化，也可用多种花色纱作纬纱，如多色或单色的断染纱、结子纱、竹节纱等等，使花样更为多样多彩。

3 结 语

通过改变传统的织造方法为曲线织造，实现色织面料创新设计是一种非常有效的办法。由于各种机型的不同，实现经纬向曲线织造方式也不同。适合于大提花龙头的织机，采用弹性自由筘法，曲线变化相对随意、自由；适合于多臂小提花的织机，采用双弯立体曲面型筘法，曲线变化主要是弧线；适合于包括喷气织机在内的各种机型的经纱送经速率调节装置，曲线变化虽然也是弧线，但弧线曲率变化大，弧线形式多，而且调节方便。以上试制做出多种纬向曲线面料，效果不错，得到市场的青睐。

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Forming technology for weft weave curved fabrics

ZHANG Jinwu1,2

(1.JiangsuCollegeofEngineeringandTechnology,Nantong,Jiangsu226007,China;2.JiangsuAdvancedTextileEngineeringandTechnologyCenter,Nantong,Jiangsu226007,China)

In order to solve problems on the weaving of weft weave curved fabrics, the forming technology for weft weave curved fabrics were developed by changing the mechanical structure, adjusting the combination of fabric structures and using elastic beat-up; or by changing straight line beat-up state to produce weft curves; or by modifying partial let-off ratio to achieve weft bending, et al. A variety of devices were developed one after another to meet the requirements of different weaving machinery models. For instance, for weaving machinery suitable for employing large jacquards, the elastic free reed was designed; and for weaving machines suitable for employing dobby, the double-curved three-dimensional surfaced reed was designed; and for the universal model adapting to those including air-jet loom the devices to control, the warp let-off was designed to produce latitudinal curve fabrics and weft directional curve fabrics, so that the fabric is more unique and novel in style, and is more vivid and rich in appearance by the fashion design of colors and patterns.

weaving; weft curve fabric; elastic beat-up; weaving technology

10.13475/j.fzxb.20160804805

2016-08-22

2017-01-18

江苏高校科研成果产业化推进项目(JHB2012-73)

张进武(1958—)，男，研究员级高级工程师。主要研究方向为纺织生产技术的应用、新型纱线、面料产品开发及区域纺织产业发展等。E-mail：13615239398@163.com。

TS 155

A