采用三通道数码纺的色彩渐变纱性能

顾 燕， 薛 元， 高卫东， 杨瑞华， 郭明瑞(江南大学 生态纺织教育部重点实验室， 江苏 无锡 214122)

色彩沿着纱线长度方向产生连续渐变效果的纱线，称为渐变色纱[1]。色彩渐变分为色相渐变、明度渐变、纯度渐变。色相渐变可由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫6色色谱依次排列形成色相渐变；明度渐变可由一纯色的明度为基准调制适当的明度向亮色发展为白色，向暗色发展为黑色形成明度渐变；纯度渐变即以一种纯色向无色彩的黑白灰渐变的过程[2-3]。

通过纱线段染技术和四色针梳机可生产色彩渐变纱。段染技术是采用分段染色工艺在纱线上形成多种色彩的分段分布，但由于段染工艺的不连续造成的低效率，段染过程染料的渗染程度、染色宽度、长度及染色色彩等难以精确控制而造成段染缺乏图案的灵动性与色彩的和谐性[4]。四色针梳机通过电脑控制，并合牵伸机构条子，通过调控不同色彩条子的喂入速度和时间生产色彩沿条子长度渐变的段彩条。由于针梳条经粗纱和细纱还要被牵伸十几倍至几百倍，导致四色针梳机生产渐变条具有非常大的渐变周期长度[5-6]。上述2种色彩渐变纱工艺无法满足人们对渐变色彩多元化的需求。

本文基于三通道数码环锭细纱机，将红、黄、青3根粗纱分别喂入三通道耦合牵伸机构，通过数字化伺服系统调控各通道的牵伸比，来调控成型纱线中三色纤维的混纺比并使其实现梯度配比，使所纺纱线呈现出色彩渐变的效果，分析混色纺纱的成纱机制及纱线渐变模式设计，并探究色彩渐变纱线条干不匀率及断裂强度等性能。

1 三通道数码环锭纺混色纺纱机制

三通道数码环锭纺纱机由3个独立驱动的组合后罗拉分别与中罗拉、前罗拉构成3个独立牵伸通道，如图1所示。

1—粗纱1；2—粗纱2；3—粗纱3；4—后罗拉1；5—后罗拉2；6—后罗拉3；7—集合器；8—中罗拉； 9—皮圈；10—前罗拉。图1 三通道数码纺纱机牵伸机构示意图Fig.1 Digital spinning machine of three roller drafting system schematic diagram

图1中1、2、3为品红色、黄色、青色的3根粗纱，线密度分别为ρc、ρy、ρm。由伺服电动机独立驱动的后罗拉1、2、3速度分别为Vhc、Vhy、Vhm，中罗拉线速度为Vz，前罗拉线速度为Vq，各通道的牵伸比Ec=Vq/Vhc、Ey=Vq/Vhy、Em=Vq/Vhm[7-8]。3根粗纱经各自通道独立牵伸后在前罗拉钳口汇合进入加捻区捻合成由品红、黄、青等3色纤维构成的纱线，其混纺比为

(1)

(2)

(3)

Km+Ky+Kc=1

(4)

式中:Km、Ky、Kc分别为品红色、黄色、青色纤维的混纺比例。由上式可知，粗纱ρm、ρy、ρc通过三通道牵伸系统数码牵伸后加捻形成了由品红、黄、青等3基色纤维混纺而成的纱线，其混纺比Km、Ky、Kc由3个通道的牵伸比决定。由于纱线的色彩取决于三基色纤维的混纺比，故通过数字化调控各通道牵伸比就可数字化调控纱线的混色色彩。

2 三通道数码环锭纺渐变纱纺纱机制

三通道数码纺纱可在纺纱过程中改变通道组合模式及各通道牵伸比在线调控成纱混纺比，按照同一规律分段变化，纺制线密度恒定、混纺比沿纱线长度方向规律分段变化的色彩渐变纱[9-10]。设色彩渐变纱的线密度为ρi，共有N段色彩且每段混纺比为Kci、Kmi、Kyi，每段长度为Li(i=1,2,…,N)，其各段分布规律为：(L1、ρ1、Kc1、Km1、Ky1)，(L2、ρ2、Kc2、Km2、Ky2)，……，(Li、ρi、Kci、Kmi、Kyi)。

则可通过在线调控三通道在各个时段的牵伸比，就可纺出在给定时段按照指定混纺比分布的色彩渐变纱。设前罗拉速度为Vq，各色段分段时间为ti，则各色彩渐变纱线密度、各色段长度、总牵伸倍数计算公式如下：

(5)

ρ1=ρ2=…=ρi

(6)

eci=ρc/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kci]

(7)

emi=ρm/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kmi]

(8)

eyi=ρy/[(ρci+ρmi+ρyi)×Kyi]

(9)

式中：ρi为色彩渐变纱各分段线密度，tex；eci、emi、eyi分别为各分段3根粗纱的总牵伸倍数；ρy、ρm、ρc分别为3根粗纱的定量，g/10 m；ρyi、ρmi、ρci分别为3根粗纱经牵伸区牵伸后的成纱线密度。

3 三通道数码环锭纺纱色彩渐变模式

3.1 色相渐变的色彩渐变纱

各色相在配色圆环上距离不同，形成各种色相间的对比，色彩渐变纱的相邻色段一般选择配色圆环中角度小于60°的相邻色相，色彩对比和谐柔和，呈现出各色相缓慢过渡的效果，这类纱一般称为色彩渐变纱。

若选择一梯度，如按10%将品红、黄、青进行混色，可得到原色3种、二次色混色27种、三次色混色36种，共计66种色彩，如表1所示。

表1 三原色混色模式表Tab.1 Tricolor mixed mode table

表1将CMY以10%为梯度匹配纺制66种三基色混色纱，混色色纱的合成符合染料三原色合成原理。运用Photoshop软件对混色纱色彩进行模拟仿真，可得到如图2所示的66种色彩。其中，右下角的红色色块对应的是单色品红粗纱以100%的比例喂入，向左推移，品红粗纱的混纺比可按某一梯度逐渐递减，黄色的混纺比以同样梯度逐渐递增到品红粗纱的喂入量为0，黄色粗纱喂入量为100%纺纯黄色段，形成线密度恒定的红-黄渐变段，向上推移，黄色粗纱混纺比按此梯度递减，同样，青色粗纱以同样梯度递增到黄色粗纱停止喂入蓝色粗纱以100%的量喂入纺纯青色形成线密度恒定的黄-青渐变段，最后青色粗纱喂入量逐渐递减，同时红色粗纱再次以一定的梯度喂入到纺纯红色，形成线密度恒定的青-红渐变段，按三角色块相邻三边上的色块所对应的粗纱混纺比从纺品红单色的纱段推移一个循环再回到纯纺品红色纱为止形成红-黄-青-红三色色彩渐变纱的一个循环。图3示出品红-黄-青按照10%梯度循环所得到的色彩渐变纱模拟效果图。

图2 66种配色可视化色块图Fig.2 Visual color block diagram of 66 harmonize colors

图3 色相渐变的色彩渐变纱Fig.3 Gradient yarn of gradual change in hue

3.2 明度渐变的色彩渐变纱

在纱线上不产生色相的变化，仅某一色相的明暗程度发生递进变化的纱线称为明度色彩渐变纱。在纺制明度色彩渐变纱时，在保持纱线线密度恒定的情况下，纯色粗纱与白色粗纱分别以渐减和渐增的形式从后罗拉钳口喂入，随着白色粗纱喂入量的递增，纱线的明度值越高。明度色彩渐变纱的示意图如图4所示。

图4 明度渐变的色彩渐变纱Fig.4 Gradient yarn of gradual change in lightness

3.3 纯度渐变的色彩渐变纱

纯度的变化常表现在某一色相的鲜浊程度，在色彩中想要改变某一色相的纯度，常采用混入不同明度的灰色来实现纯度的渐变，而在纺制线密度不变的纯度色彩渐变纱过程中，则采用逐量喂入纯色与黑色粗纱来改变纱线的鲜浊度。纯度色彩渐变纱的示意图如图5所示。

图5 纯度渐变的色彩渐变纱Fig.5 Gradient yarn of gradual change in purity

4 三通道数码环锭纺色彩渐变纱实践

4.1 实验部分

4.1.1原料与设备

采用经染色后的精梳长绒棉制备的品红、黄和青等三基色纯棉粗纱，其干定量均为4.3 g/10 m，在JWF1551三通道环锭数码纺纱机上纺制等线密度色彩渐变纱，纱线的线密度为27.76 tex，捻度为679捻/m。

4.1.2色彩渐变纱的混纺比渐变规律设计

色彩渐变纱的色彩渐变是以纱线中CMY三基色纤维的混纺比沿长度方向的渐变分布来实现的。此时可选择品红-黄、品红-青、青-黄等双色渐变模式生产双色色彩渐变纱，也可采用品红-黄-青等三色渐变模式生产三色色彩渐变纱。如以品红-黄-青三色为渐变模式且渐变梯度为10%，则可设计有30个分段组成的红-黄-青三色色彩渐变纱，其各段三基色纤维混纺比见表2所示。该色彩渐变纱以30段渐变色为1个周期长度，每个段长为0.5 m，则其周期长度为15 m。

4.1.3色彩渐变纱各粗纱牵伸比

纺制色彩渐变纱过程中通过设置各分段长度内各单根粗纱的总牵伸倍数不同来实现各分段长度内的混纺比例变化，品红-黄-青色彩渐变纱某一分段长度内单根粗纱的总牵伸倍数Ez的计算公式为

(10)

表2 品红-黄-青三色色彩渐变纱各色段混纺比Tab.2 Blending ratio of magenta-yellow-green tricolor gradient yarn blending ratio

式中：g为棉条粗纱的干定量，单位为g/10 m；8.5%为棉纤维的公定回潮率；T为设定纺制出来的纱线的线密度，tex；Wz为某一分段内其中一种组分的质量百分数，%。

品红-黄-青三色色彩渐变纱各通道粗纱的总牵伸倍数如表3所示。

表3 三粗纱喂入纺制色彩渐变纱的总牵伸倍数Tab.3 Tricolor roving feeding in spinning gradient yarn draft ratio

4.1.4测试仪器及方法

采用VHX-5000型超景深三维数码显微镜拍摄纱线表面形态；采用YG068C型全自动单纱强力仪测试纱线强力，设定预加张力为0.5 cN/tex，隔距长度为500 mm，拉伸速度为500 m/min，测试10次，测试环境为温度20 ℃，相对湿度为65%，测试前纱线在该条件下平衡24 h；采用YG135G型条干均匀度仪测试纱线条干不匀率，预设定测试速度为100 m/min，测试时间为2 min，测试长度为200 m，测试3次。

4.2 品红-黄-青三色色彩渐变纱外观形态

通过三通道数码环锭细纱机对喂入3个通道的品红、黄、青粗纱实施梯度牵伸，调控纱线中品红、黄、青三色纤维混纺比的梯度配置，进而实现沿纱线长度方向色彩随混纺比的变化。图6示出品红-黄-青三色渐变效果。

图6 品红-黄-青-品红三色循环色彩渐变纱外观形态Fig.6 Appearance of magenta-yellow-green tricolor gradient yarn

4.3 三色色彩渐变纱的条干分析

色彩渐变纱的条干不匀率采用变异系数CV值表示，结果见表4。可看出3种单色粗纱纺制的纱线条干不匀率趋于一致，说明纺色彩渐变纱的3种单色粗纱不存在较大的条干性能差异。而三色色彩渐变纱没有纯色纱的条干均匀，这是由于在纺制色彩渐变纱混纺比较大的比例段如比例为红黄9∶1或红黄8∶2时，在后区牵伸的过程中，喂入比例量较小的粗纱所对应后区通道所受的后区牵伸倍数较大，使后区内须条中的纤维量减少，从而进入前区纤维须条线密度较小，纤维数量的减少使得纤维间摩擦力总和减少，纤维须条结构松散，纤维之间的抱合力较小而使纤维间的摩擦力减弱，牵伸区中浮游纤维所受的控制力减弱，不利于纤维在前钳口处平稳变速，从而使纤维头端变速点分散，根据移距偏差理论，随着牵伸倍数的增大，需合理控制纤维头端变速点的范围，否则会造成纱线条干不匀。因此在纺制混纺比较大的比例分段时，组分较小的粗纱所受牵伸倍数较大，从而易造成条干不匀。

表4 渐变纱线条干均匀度Tab.4 Evenness of gradient yarn

4.4 色彩渐变纱的拉伸力学性能分析

单色纯纺纱及品红-黄-青色彩渐变纱的断裂强度如表5所示。

表5 单色及三色色彩渐变纱断裂强度值Tab.5 Break strength of monochrome and tricolor gradient yarns

从表中可看出，品红、黄、青单色纯纺纱断裂强度值基本一致，其断裂强度平均值分别为24.85、24.52、23.51 cN/tex，说明品红、黄、青粗纱原料强力性能间没有差异，而色彩渐变纱的断裂强度与单色纯纺纱相比，断裂强度值较低，其断裂平均值为20.47 cN/tex，且断裂强度相对于单色纯纺纱强度不匀率较大，断裂伸长率降低，这是由于色彩渐变纱纺制过程中混纺比不断变化，造成纱线条干的波动。当纺制混纺比较大的比例分段时，纱线条干较不匀，从而使该段纱线的捻度分布不匀，而影响该段纱线的断裂强力，使该段断裂强力稍低。

5 结 论

利用数码纺纱机通过三通道纺色彩渐变纱的混色机制及对色段渐变模式的设计可梯度配比纺制两色或三色以不同梯度变化的等线密度色彩渐变纱，并且实现了对色彩渐变纱上颜色分段长度、分段比例，渐变梯度的精确控制，论述了纺制色彩渐变纱的纺纱原理。

通过对单色纯纺纱及三色渐变纱进行性能测试认为，色彩渐变纱的断裂强力相对于单色纯纺纱稍低，强力CV值稍大。色彩渐变纱的条干相较于单色纯纺纱稍有恶化，主要表现在色彩渐变纱大比例纺制段喂入组分较小的粗纱在牵伸区缺少良好的握持而造成该段条干不匀。条干不匀易造成纱线表面捻度不匀而影响纱线的断裂强力，但实验表明其综合性能可满足后道工序的生产织造。数码纺生产色彩渐变纱的断裂强度和条干不匀率可通过改善纺纱原料及在原有数码纺机上加装集聚纺装置来达到优化的作用。

FZXB

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