数码纺循环渐变色纱设计及渐变色织物的织制

张 震，薛 元，徐志武，曾德军

(1.江南大学 纺织科学与工程学院，江苏 无锡 214122；2.巢湖雅戈尔色纺科技有限公司，安徽 巢湖 253000)

在产品设计的视觉效果传达中，颜色的表现方式是人们探索的重要因素之一，渐变色的使用极大地丰富了产品的外观设计效果[1]。渐变色是指某物体的颜色由明到暗、由深至浅，亦或由一种颜色向另外一种颜色缓慢过渡，神秘柔和且变化多端。通过色彩的变化可以让人处于柔性的韵律之美中。渐变模式可根据色彩调控模式分为色相渐变、饱和度渐变、明度渐变和灰度渐变[2]，也可根据色相环上颜色的组合搭配分为相似色渐变、互补色渐变、分离补色渐变、对比色渐变等[3]。

色纺纱在同一根纱线上能显现出多种颜色，色彩丰富、饱满柔和，用色纺纱织成的面料具有朦胧的立体效果，低调而内敛[4]。色纺纱染色工艺独特，在纤维染色、配色及多纤维混纺方面具有较高的科技含量。渐变色纱作为花式色纺纱的一种，其纱线表面的颜色在纱线长度方向发生连续变化，具有柔和感和立体感，有很大的商业开发价值[5]，本文基于多元基色数字化混色模型，进行渐变色纱与渐变色织物的设计，以期开发出风格独特的渐变色织物。

1 流行色选择及混色色谱构建

根据流行色选取红、橙、黄、绿、蓝、紫、黑、白8种基色，根据色调冷暖可分为三大类型：①冷色：绿色、蓝色、黑色；②暖色：红色、橙色、黄色；③中性色：紫色、白色。冷暖色是使人产生不同温度感觉的色彩，暖色可以带给人温暖、热烈、兴奋、活力的感觉，而冷色则带给人寒冷、沉稳、冷静的感觉，具体颜色效果图和颜色值如表1所示。

表1 流行色效果图及颜色值

1.1 数字化混色模型构建

在8种基色中随意选取P、Q、S3种颜色进行双向耦合混色，混色结果用Ti,j表示(i=1，2，…，11，j=1，2，…，11，i+j≤11)，基色P、Q、S的混合比分别用x、y、z表示：x=(12-i-j)/10;y=(i-1)/10;z=(j-1)/10。

若Tij中用i代表横向耦合，j代表纵向耦合，可根据混色方法建立具象的双向耦合混色数字化模型。双向耦合混色数字模型图如图1所示。

图1 双向耦合混色数字化模型图

基于上述建立的三色双向耦合混色数字化模型，假设3种基色P、Q、S在RGB颜色空间的数值表达为：(RP,GP,BP)、(RQ,GQ,BQ)、(RS,GS,BS)，其混合比分别为x、y、z(x+y+z=1)，按照相应混合比混合后得到的混合体T颜色值为(RT,GT,BT)。根据颜色混合原理及其相应混合比之间的关系可得到下列公式：

RT=RP×x+RQ×y+RS×z

(1)

GT=GP×x+GQ×y+GS×z

(2)

BT=BP×x+BQ×y+BS×z

(3)

为了简化表达，可通过矩阵来表达：

(4)

1.2 混色色谱构建

将本次设计选取的8种流行色以10%为梯度构建双向耦合混色数字化模型进行混色模拟，根据颜色的组合模式可分为色相组合、饱和度组合、明度组合和灰度组合，混色色谱如图2所示。

1.3 渐变色彩设计

不同色彩的组合对渐变的视觉效果有很大影响，为此从上述全系列混色色谱中选取4个不同色彩模式的混色色谱，对每个色谱进行不同的渐变路径规划进行渐变色谱设计。

1.3.1 单色渐变

基于混色色谱的渐变路径设计图见图3，绿黑白渐变色谱见图4。从中选取12个相邻色块进行组合形成渐变色，其中黑色和白色分别用于调节饱和度和明度，因此这种渐变属于单色渐变，单色渐变是一种比较稳重的渐变，也就是比较保守的渐变，单色渐变给人稳重、整洁的感觉，当用单色渐变纺制渐变色纱时，会呈现出淡雅清新、简约时尚的感觉。除绿黑白外，所有的灰度偏色渐变均属于单色渐变。图5列出所有单色渐变色谱。

图5 单色渐变色谱

1.3.2 相似色三色渐变

基于混色色谱的渐变路径设计图见图6，红橙黄3色渐变色谱见图7。从中选取12个相邻色块进行组合形成渐变色，红橙黄3色在色相环上处于相邻位置，因此红橙黄属于相似色，若用相似色进行渐变纱设计，则色彩的过渡会产生柔和的效果，渐变自然衔接，3种颜色渐变会非常融洽，视觉上使人感到十分舒适。除红橙黄渐变外，同理还有红橙紫、红蓝紫、橙黄绿、橙黄紫、橙蓝紫、橙绿蓝、黄绿蓝、绿蓝紫渐变，图8为所有相似色3色渐变色谱。

图6 基于混色色谱的渐变路径设计图

图7 红橙黄3色渐变色谱

1.3.3 互补色双色渐变

基于混色色谱的渐变路径设计图见图9，黄紫白渐变色谱见图10。从中分别选取5个相邻色块进行组合形成渐变色，其中白色只起到了调节明度的作用，实际调控色相的为黄色和紫色，黄色和紫色在色相环上处于相对位置，因此属于2色互补渐变。2色互补可使颜色对比更加强烈，可以同时凸显出2种不同的颜色，加入白色调节明度使得颜色变得柔和，纺出的渐变纱渐变效果更加有朦胧感。除上述例子外，同理还有红绿白、红绿黑、橙蓝白、橙蓝黑、紫黄白、紫黄黑渐变，图11列出所有互补双色渐变色谱。

图10 黄紫白渐变色谱

图11 互补双色渐变色谱

1.3.4 分离补色3色渐变

基于混色色谱的渐变路径设计图见图12，红黄蓝3色渐变色谱见图13。从中选取21个相邻色块进行组合形成渐变色，红黄蓝3色在色相环上间隔120°组成互补色，属于分离补色，互补色形成的渐变色更加多样化，给人更加活泼、跳跃、创新的感觉，在实际运用中更加广泛，并且可以实现由冷色至暖色或由暖色至冷色的自然渐变过渡。由于分离补色所具有天生的动感，因此定位在时尚、青春、活力、动感的渐变纱设计时可以采用这种配色方案。除红黄蓝渐变外，同理还有橙绿紫渐变，图14为分离补色3色渐变色谱图。

图12 基于混色色谱的渐变路径设计图

图13 红黄蓝3色渐变色谱

图14 分离补色渐变色谱

2 数码纺循环渐变色纺纱机制

三通道数码环锭纺纱系统采取组合式后罗拉结构，纺纱时可通过PLC伺服控制各组分粗纱喂入，有3种喂入方式，分别为单通道单基色喂入、双通道2基色组合喂入、三通道3基色组合喂入，然后再通过牵伸、加捻、卷绕机构纺制成型[6]。可根据纱线的设计要求改变3个通道的组合模式和单个通道的牵伸倍数来调节成纱的混纺比按照一定的规律分段变化，从而纺制线密度、捻度恒定，各通道混纺比沿着纱线长度方向呈连续分段变化的渐变色纱线[7]。

根据纱线的结构参数设计，渐变色纱成纱分段线密度为ρi(tex)，捻度为Twi(捻/m)，分段长度为Li(m)，分段各通道混纺比为αi、βi、γi，每段纱线颜色值为Ri、Gi、Bi，其中i=1，2，…，n。可得到渐变色纱数字化模型如下：

(ρ1,Tw1,α1,β1,γ1,L1,R1,G1,B1)

(ρ2,Tw2,α2,β2,γ2,L2,R2,G2,B2)

(ρ3,Tw3,α3,β3,γ3,L3,R3,G3,B3)

表达成通式为：

(ρi,Twi,αi,βi,γi,Li,Ri,Gi,Bi)

(i=1，2，…，n)

设喂入3个通道的粗纱定量分别为ρα、ρβ、ργ(g/(10 m))，通过伺服电动机独立驱动的前、中、后1、后2、后3(后罗拉由3个独立驱动的嵌套式罗拉组成)的线速度分别为：Vq、Vz、Vhα、Vhβ、Vhγ(m/min)，锭子转速为nd(rad/min)，由此可得到各段渐变色纱纺制时间、牵伸倍数、成纱线密度、成纱捻度及各通道混纺比参数：

分段纺制时间Ti为：

Ti=Li/Vq

(5)

各通道牵伸倍数Eα、Eβ、Eγ分别为：

Eα=Vq/Vhα

(6)

Eβ=Vq/Vhβ

(7)

Eγ=Vq/Vhγ

(8)

成纱线密度ρ为：

(9)

成纱捻度TZ为：

TZ=nd/Vq

(10)

成纱混纺比αλ、βλ、γλ分别为：

(11)

(12)

(13)

3 数码纺循环渐变色纱工艺设计

根据3色双向耦合混色数字化模型结合八元基色渐变色设计，可得到各通道粗纱的混纺比参数。在江南大学与经纬纺机联合研制的JWF1511三通道数码环锭细纱机上进行渐变色纱纺制，选择定量为4.1 g/(10 m)的精梳长绒棉粗纱，设计纺制的渐变色纱线密度为21.0 tex，捻系数为320、Z捻，各分段纺制长度L设置为400 cm，纺纱锭速设为6 000 rad/min，4种渐变色设计方案的各分段长度内的混纺比参数与牵伸倍数工艺方案见表2～5。

表2 设计方案1的混纺比与牵伸倍数工艺方案

4 循环渐变色纱织物

通过织物的布面效果可更直观和更有效地观察渐变色纱色彩渐变的效果。纬编针织物在日常生产中最常用到，采用无锡宏成纺织机械电子有限公司生产的HC21K系列染色实验编织机将设计好的渐变色纱线进行试织，将编织好的平针织物放进佳能9000F型扫描仪下进行扫描，观察不同颜色的组合与循环段数对渐变色织物的布面观感影响，织物样品图如图15所示。

图15 循环渐变色纱织物

从图15(a)的布面效果图可看出，绿色是很冷的色调，单色渐变通过让1个颜色与调节明度的白色和调节饱和度的黑色进行混合，让绿色在保持冷色调的同时赋予其灰度值的变化。由于规划的渐变路径所设计的色块是靠近混色谱中心的1个小循环渐变，所以从整个布面视觉效果来说渐变效果是很柔和的。

从图15(b)的布面效果图可看出，因为红、橙、黄这3个颜色在色相环上的位置靠的特别近，同时都是暖色调，所以是相似3色，从布面上几乎看不出很明显的颜色过渡效果。选择渐变色块整体在混色色谱靠下的位置，布面偏红色调。分段数12让3个颜色的过渡长度不会太长，视觉效果像是一整片绵延的金黄稻田在夕阳下交相辉映，显现出强烈的鲜明感和画面感。

从图15(c)的布面效果可看出，因为选择的渐变路径靠近紫色且是循环对称式渐变模式，而紫色代表着优雅和高贵，所以布面整体给人安宁、优雅、稳重又不失新意的感觉。黄色至紫色的渐变，呈现出时下流行的马卡龙色系的风格，视觉上不会有很强的冲击感，反而会让人倍感舒适和自然。

从图15(d)的布面效果可看出，红、黄、蓝3色在色相上分别间隔180°为分离补色，选择的渐变路径也是沿色谱外围的大三角渐变模式，虽然共分有21个色段来完成渐变，但布面上还是能看出颜色之间过渡不是很自然，能明显看到蓝色和红色的横杠效应。这组设计包含的颜色最多，整体看起来像彩虹的配色，中间经历了由冷至暖至中性色再至冷色的过渡，仿佛经历了多重冰与火的强烈碰撞，令人印象十分深刻。

5 结束语

三通道数码环锭细纱机可纺制混纺比沿纱线长度方向分段连续变化的渐变色纱线，根据渐变模式选择了色相环上8种流行色红、橙、黄、绿、蓝、紫、黑、白进行渐变色设计。基于数码环锭细纱机三通道纺纱模式构建了三元基色双向耦合混色数字化模型，选取了4种渐变模式：单色渐变、相似色渐变、互补色渐变和分离补色渐变，针对每种渐变设计分别规划了不同的渐变路径。通过渐变路径的设计得到每种渐变色纱的分段时间内各通道的混纺比，后通过计算得到其牵伸倍数，从而纺制出对应的渐变色纱。为观察其布面渐变效果用纬编针织机进行了织造，分析了不同颜色搭配和渐变模式设计对布面的影响。通过实验得出：不同颜色组合下选择靠近色谱中心的渐变路径纺制出的渐变色织物，风格独特富有神秘感，渐变效果更加柔和。渐变色纱的新型数字化纺制方法的研究，对我国纺织行业花式纱线开发领域具有重大意义，符合当前我国产业升级，制造业数字化、智能化的发展需求。