的装置、 方法及该方法制备的幻彩纱 技术领域

本发明涉及基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现 混纺及混色的装置、 方法及 该方法制备的幻彩纱

背景技术

环锭纺是目前市场上用量最多， 最通用的纺纱方法之一。 现有技术中复合 纱的环锭纺通常采用牵伸加捻工序的前中后罗 拉之间设置不同的纱线来实现， 例如 CN102787411A—种前置式左右变位超喂复合纺纱装 置与工艺， 通过前罗拉 的转动使桥接罗拉、 调速罗拉和超喂罗拉摩擦驱动外轴系长丝束或 纱线超喂于 前罗拉前部， 并与输出的短纤维须条汇聚加捻形成双组份超 喂复合纱。 CN102704124A中公开了一种三轴系复合纺纱方法及 应用。 同步三轴系通过集束 器喂入前罗拉， 在出前罗拉钳口后， 两束长丝在加捻三角区对短纤维须条裹缠， 形成双长丝基本无自捻包覆短纤维须条的光洁 复合纱。 CN101899734A中公开了 一种二元结构的涤纶和粘胶混纺纱的加工装置 及其方法， 其是采用前、 中罗拉 设置多个纱线通道， 后罗拉设置 V形集合器实现纱线混纺， 且该技术可解决现 有技术中纤维混合不可控的问题。 采用环锭纺方法进行混纺常存在不同品种纱 条混合不匀， 或者混合比例不当造成使用性能上的缺陷。

而现有的段彩纱生产技术中， 多采用染色法的缺陷在于色彩分布周期模式 单一， 在织物上叠加花型的可变性有限； 而用有色纤维纺纱法形成的段彩纱一 般只能调控 2种颜色纤维的分布， 并且在纱线上有粗细节。 总而言之， 原有的 色纺纱技术和段彩纱技术， 不能随意调整纱线上的色彩及其分布， 无法使纱线 形成五彩缤纷的色彩变化。 如果使三种 （或三种以上） 不同色彩分段出现在连 续的纱线上， 则该纱线可称为多彩段彩纱或幻彩纱。 用已有的有色粗纱直接纺 说 明 书

纱现有技术尚不能得到这种多彩段彩纱线 （幻彩纱）。

发明内容

为解决现有技术存在的问题， 本发明的首要目的是提供一种基于三粗纱耦 合牵伸加捻系统实现混纺及混色的装置， 将不同原料的三根纯纺粗纱条， 如棉 粗纱条、 涤纶粗纱条、 黏胶粗纱条等， 通过环锭细纱机牵伸加捻系统的混合牵 伸加捻， 使三种纤维可按指定的任意比例混合成纱， 实现用环锭紡一步法短流 程工艺制备以任意比例组合的三种短纤原料的 混纺纱线； 以及将三种颜色的粗 纱条， 如红、 绿、 蓝三原色粗纱， 通过环锭细纱机牵伸加捻系统的混合牵伸加 捻， 使三种颜色的纤维可按指定的任意比例混合成 纱， 同时通过三原色配色的 原理， 实现任意颜色的配色纺纱， 其原理类似彩色打印机。 本发明的次要目的 在于提供一种基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实 现混纺及混色加工方法。 为了达到上述目的， 本发明提供了一种基于三粗纱耦合牵伸加捻系 统实现 混纺及混色的装置， 包括牵伸和加捻系统， 所述牵伸和加捻系统由后罗拉辊组 及前罗拉辊组组成， 所述后罗拉辊组包括组合后皮辊和组合后罗拉 ， 所述前罗 拉辊组包括前皮辊和前罗拉； 所述组合后罗拉是由具有三个转动自由度的环 圈 组成； 所述具有三个转动自由度的环圈由相互独立转 动的第一环圈、 第二环圈 和第三环圈构成。 进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈分别由三个不同的伺服电 机 驱动。 进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈依次顺序套装在同一芯轴 上， 且其中任一环圈与所述同一芯轴固定连接； 其他两个环圈分别与所述同一芯轴 可相对转动连接。

进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈外径相同。 进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈分别安装在三个不同芯轴 上， 所述三个不同芯轴的安装在同一轴线上。 说 明 书

进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈任两个相邻环圈安装在同 一 个芯轴上， 另外一个环圈安装在另一不同芯轴上， 且两个芯轴安装在同一轴线 上； 所述两个相邻环圈中一个环圈与其芯轴固定连 接， 另外一个与其芯轴可相 对转动连接。 进一步， 所述组合后皮辊由分别与所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈一 一对应的第一皮辊、 第二皮辊、 第三皮辊构成， 所述第一皮辊、 第二皮辊、 第 三皮辊相互独立转动。 进一步， 所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈的表面线速度或喂入牵伸 区 的三根粗纱的速度由控制-驱动系统控制， 所述控制-驱动系统控制包含三个驱 动器， 该三个驱动器分别控制所述第一环圈、 第二环圈和第三环圈的转速， 并 使单位时间内由后罗拉输入的三根粗纱的重量 之和恒定。

另外， 利用上述基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现混 纺及混色的装置进行 基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现混紡及混色 的方法如下：

1)三粗纱耦合牵伸系统的后罗拉由芯轴和嵌� ��在其上的三段相互独立转动 的环圈构成；

2)使用所述三段相互独立转动的环圈对三束粗� ��分别进行独立牵伸；

3)所述三段相互独立转动的环圈由三个不同� ��动器分别控制；

4) 通过程序控制使所述三段相互独立转动的环圈 的表面线速度或喂入牵伸 区的三根粗纱的速度满足公式： l ^ Pl ^{+ V} h2 ^X 2 ^{+ V} h3 ^X P3 二常量； 或满足公式： 说 明 书

设 V _q 为前罗拉线速度， V _hi 为第 i个后罗拉环圈（i=l、 2、 3)的线速度（m/s)， Ei=V _q /V _hi 为前罗拉相对于第 i个后罗拉环圈的牵伸倍数（i=l、 2、 3), P i为第 i 根（i=l， 2, 3)须条牵伸前粗纱的线密度 (g/m)， P i' 为第 i根（i=l， 2, 3)粗 纱牵伸后纱条的线密度 (g/ _m )， p ' 为三根粗纱经牵伸合并加捻后纱条的总线密 度 (g/m)

将三根粗纱喂入具有三个自由度的组合牵伸区 后， 如果改变三根粗纱的牵 伸倍数， 则牵伸合并再加捻所得到的纱线其线密度有可 能是变化的。 为了保持 其线密度不变， 在前罗拉线速度不变的情况下， 如果能保证单位时间内由后罗 拉输入的三根粗纱的重量之和恒定， 则可保证最终得到的纱线线密度是恒定的。

即： ^xA+ _A2 xp ₂ +^ ₃ x ¾=常量 （1) 或. ^_ ₊ ^ + ^_ =常量 （ ₂₎

^2 ^3 上述公式表明， 对于三粗纱喂入的三自由度牵伸加捻装置， 虽然其牵伸倍 数发生变化， 或后罗拉速度发生变化， 如果能保证后罗拉三个环圈的表面线速 度或其相对前罗拉的牵伸倍数满足公式 （1) 或 （2) 的约束， 则可保证牵伸加 捻后形成纱线的线密度保持恒定， 我们把后罗拉三个环圈的表面线速度或牵伸 倍数能满足上述条件的牵伸方式称为保持等线 密度成纱的多组份耦合牵伸或多 组份牵伸耦合。 如果喂入的三根粗纱须条的线密度均相等， A=A=A; 则上述公式又可 以简化为-

Ax(^ + ₂ + ) =常量 （3) 或 Α ^χ( xSj 1^2 常量 （4) 式（3) (4) 说明， 为了保持三粗纱喂入的组合牵伸加捻装置成纱 线密度 不变， 必许保持后罗拉三个环圈的表面线速度之和为 常量， 或三个粗纱的牵伸 倍数的和为常量， 我们把满足这种关系的三组份牵伸称为速度耦 合的耦合牵伸 说 明 书

或牵伸耦合， 也可以称为牵伸倍数耦合的耦合牵伸或牵伸耦 合。

三粗纱喂入的三自由度组合牵伸加捻系统成纱 混纺比或混色比的调控方法 三粗纱喂入的三自由度组合牵伸加捻系统成纱 混纺比或混色比的计算公式 如下：

_K 二 Pi = Pl/E _{2 =} V _h 2 ^X P2t (6)

² A'+A'+Z p E,+p ₂ /E ₁ +p E _i V _hi x p^+V^ p ₂ +V .

_{K =} A' = A/¾ _ ^x s (7)

³ '+A'+ ' Pi/E _l +p ₂ /E ₂ +p E _i V _hl ^p _l +V _hl p ₁ +V 式中， K, K ₂ 、 Ka分别代表粗纱 1、粗纱 2、粗纱 3等各组分的混纺比或混色 比。

为了简化公式， 我们假定 A ^V _{hl +} V _{h2 +} V _hi ) = V, 则式（5) (6) (7) 代表的粗纱 1、 粗纱 2、 粗纱 3等各组分的混纺比或混色比可以简化为：

κ、=― ^ ^ = (8)

¹ Κ,, V

v..

Κ. (9) r = ^ = ^L (10)

W V _h3 v 则式 (3) (8) (9) (10)说明，如果独立改变 V _hl 、 V _h2 、 V _h3 的值，使^、 V _h2 、 V _h3 分别在 0-V的范围内变化， 但同时保持（ + +^) = 为恒定值， 则 ld、 K ₂ 、 Ka也可分别在 0-100%范围内进行变化， 由此就可以通过任意改变三根粗纱的喂 入量来改变三组份合股加捻后总的线密度不变 而组成纱线的三种不同纤维的混 紡比， 或三种不同色彩纤维的混色比， 可以任意变化。

进一步， 所述三粗纱为三元色粗纱。

进一步， 所述三元色为红色、 绿色和蓝色。

一、 三元色粗纱的交变换色： 说 明 书

三元色 （或三色）粗纱可按三种模式混色， 即： 单色、 双色混色、 三色混 色。 单色模式即为： A色 , Β色， C色； 双色混色模式有： ΑΒ混色， BC混色， AC 混色； 三色混色模式有： ABC混色。 由此， 通过三元色粗纱的交变换色实现 7种 混色模式。

二、 三元色粗纱的梯度配色：

三元色粗纱的混色比^ ⁺ ^ ^{2 +} ^ ^{3 = 1()()%} ， 理论上 、 Κ _τ 、 可以有无数 种组合。 由于肉眼的分辨率有限， 可从使用出发需要把混色配比离散化。 本发 明专利选择以 10%的递增作为梯度进行混色配色， 由此可形成如下混配色方案- 表 1 配色方案

说 明 书

0.7 0 0.3 24

0.6 0 0.4 25

0.5 0 0.5 26

0.4 0 0.6 27

0.3 0 0.7 28

0.2 0 0.8 29

0.1 0 0.9 30 三混色 ABC 0.1 0.1 0.8 31

0.1 0.2 0.7 32

0.1 0.3 0.6 33

0.1 0.4 0.5 34

0.1 0.5 0.4 35

0.1 0.6 0.3 36

0.1 0.7 0.2 37

0.1 0.8 0.1 38

0.2 0.1 0.7 39

0.2 0.2 0.6 40

0.2 0.3 0.5 41

0.2 0.4 0.4 42

0.2 0.5 0.3 43

0.2 0.6 0.2 44

0.2 0.7 0.1 45

0.3 0.1 0.6 46

0.3 0.2 0.5 47

0.3 0.3 0.4 48

0.3 0.4 0.3 49

0.3 0.5 0.2 50

0.3 0.6 0.1 51

0.4 0.1 0.5 52

0.4 0.2 0.4 53

0.4 0.3 0.3 54

0.4 0.4 0.2 55

0.4 0.5 0.1 56

0.5 0.1 0.4 57

0.5 0.2 0.3 58

0.5 0.3 0.2 59

0.5 0.4 0.1 60

, 0,6 , 0,1： ： 0,3 说 明 书

三、 三元色粗纱的加捻混合：

经牵伸后三根三元色须条在前罗拉钳口处汇合 并进入加捻区， 由环锭加捻 装置以及辅助加捻装置完成对须条的加捻并最 终形成三元色混色纱线。 此时， 前罗拉对三根三元色须条的牵拉抽拔作用以及 加捻造成的须条内纤维的内外转 移， 可使有色纤维达到有效混色效果。

由上述方法获得的段彩纱， 所述段彩纱由三种有色粗纱混合而成， 所述三 种有色粗纱分别由三个相对独立转动的后罗拉 环圈牵引， 所述三个相对独立转 动的后罗拉环圈的线速度之和恒定。

通过对三根 （红、 黄、 绿三元色或 A、 B、 C三种颜色） 粗纱进行耦合牵伸、 交变换色、 梯度配色和混合加捻， 使 A、 B、 C三种有色纤维在纱线中的混合配 比实现可控， 即三种有色纤维的混合比及其在纱线上分布的 长度可按照纱线花 型设计的要求进行配置。 同时， 通过本发明专利提供的可行方案， 通过对 A、 B、 C三种有色纤维混合比的梯度配置， 在纱线上实现最多 66种混色配比， 由于三 种有色纤维的混色比发生变化，使纱线沿长度 方向出现不同颜色的随机分布（最 多可达 66种颜色)， 形成一种用传统纺纱技术无法实现的混色多彩 段彩纱。 这 项技术是色纺纱技术及段彩纱技术的一个重大 突破。

基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现混紡及混色 的方法制备而成的段彩纱。 现有技术中的环锭混纺技术未实现对单种纱线 的单独控制， 本发明通过在 一根芯轴上设置三段环圈， 并由三个伺服电机分别控制， 实现了单种纱线的单 独控制， 可以精确控制混纺纱中各种成分的混合比例， 从而实现用环锭纺一步 法短流程工艺制备以任意比例组合的三种短纤 原料的混纺纱线。 且如果要纺制 说 明 书

段彩纱， 可以在各个单独控制的部分根据需要添加不同 颜色的纱线， 按指定的 任意比例混合成纱， 进而通过三原色配色的原理， 实现任意颜色的配色纺纱。 本发明通过三个自由度的单独控制实现多种粗 纱混合比例以及混色比例按需操 作， 拓宽了产品的宽度， 简单实用。 附图说明 图 1为本发明三自由度组合牵伸加捻装置的示意� �；

图 2为本发明后组合罗拉与后组合皮辊的结构图� � 图 3为本发明后组合罗拉辊组的传动示意图；

图 4、 5、 6为本发明三原色数码纺纱的产品实例；

图 7为三粗纱耦合牵伸的环锭纺纱控制-驱动系统� ��；

图 8 为实施例 2中三粗纱耦合牵伸的环锭纺纱控制-驱动系统� ��； 图 9为实施例 3中三自由度耦合牵伸加捻装置结构示意图。

图中 1—粗纱 1; 2—粗纱 2; 3—粗纱 3; 4—组合后皮辊； 5—组合后罗拉，

6—前皮辊； 7—前罗拉； 8—第一环圈； 9一第二环圈； 10—第三环圈； 11、 15 一齿形带； 12—第一皮辊； 13—第二皮辊； 14一第三皮辊。 具体实施方式

为使本发明更明显易懂， 兹以优选实施例， 并配合附图做详细说明如下。 实施例 1

如图 1-3所示， 一种基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现混纺及 混色的装置， 包括牵伸和加捻系统， 牵伸和加捻系统由后罗拉辊组及前罗拉辊组组 成， 后罗 拉辊组包括组合后皮辊 4和组合后罗拉 5，前罗拉辊组包括前皮辊 6和前罗拉 7; 组合后罗拉 5是由具有三个转动自由度的环圈组成； 具有三个转动自由度的环 圈由相互独立转动的第一环圈 8、 第二环圈 9和第三环圈 10构成。 说 明 书

第一环圈 8、 第二环圈 9和第三环圈 10分别由三个不同的伺服电机驱动。 第一环圈 8、 第二环圈 9和第三环圈 10依次顺序套装在同一芯轴上， 且其中第 二环圈 9通过销、 键或过盈配合与芯轴固定连接； 其他两个环圈分别与芯轴可 相对转动连接。 第一环圈、 第二环圈和第三环圈外径相同。 另外， 还可以让第一环圈或第三环圈与芯轴固定连接 ， 其他两个环圈与芯 轴可转动连接。 另外， 第一环圈、 第二环圈和第三环圈还可以分别安装在三个不 同芯轴上， 三个不同芯轴的安装在同一轴线上； 或者， 第一环圈、 第二环圈和第三环圈任 两个相邻环圈安装在同一个芯轴上， 另外一个环圈安装在另一不同芯轴上， 且 两个芯轴安装在同一轴线上。

与组合后罗拉 5相对应， 组合后皮辊 4由分别与第一环圈、 第二环圈和第 三环圈一一对应的第一皮辊 12、第二皮辊 13、第三皮辊 14构成， 第一皮辊 12、 第二皮辊 13、 第三皮辊 14相互独立转动。 由于组合罗拉上三个环圈具有三个独立的运转 速度， 因此该牵伸机构具有 三个自由度， 可实现三粗纱喂入的三自由度组合牵伸。 即在牵伸区内， 该装置 可对喂入的三根粗纱须条分别在后罗拉辊组之 间粗纱通过的位置 Ai (i=l, 2, 3) 与前罗拉辊组混纺纱通过的位置 B间按不同的牵伸倍率进行牵伸， 牵伸后的三 根须条汇合于 B点后在加捻装置 C点经加捻形成纱线。

三种不同种类的粗纱 1、 2、 3经过组合皮辊 3和组合后罗拉 4之间的间隙 Al、 A2、 A3, 在前皮辊 5和前罗拉 6之间的间隙 B中汇合并通过该前罗拉辊组， 之后在加捻器（未示出） 的位置 C点进行加捻。

如图 7所示， 第一环圈、 第二环圈和第三环圈的表面线速度或喂入牵伸 区 的三根粗纱的速度由控制-驱动系统控制， 控制-驱动系统控制包含由变频器控 制的驱动器 3-5，该三个驱动器分别控制所述第一环圈、第 二环圈和第三环圈的 转速， 并使单位时间内由后罗拉输入的三根粗纱的重 量之和恒定。 说 明 书

利用上述基于三粗纱耦合牵伸加捻系统实现混 纺及混色的装置进行基于 三粗 耦合牵伸力卩 ¾系统实现混纺 混色的方法如下：

1)三粗纱耦合牵伸系统的后罗拉由芯轴和嵌套� ��其上的三段相互独立转动 的环圈构成；

2)使用所述三段相互独立转动的环圈对三束粗� ��分别进行独立牵伸；

3)所述三段相互独立转动的环圈由变频器通� ��三个不同驱动器分别控制；

4) 通过程序控制使所述三段相互独立转动的环圈 的表面线速度或喂入牵伸 区的三根粗纱的速度满足前述公式 (1)或公式 （2)。

实施例 2 实施例 2结构与实施例 1基本相同， 其区别在于： 如图 8所示， 为了更加准确地控制前后各罗拉及各环圈， 本实施例采用可编 程控制器依次顺序通过变频器、 主马达以及链条、 齿形带或三角带等形式的机 械传动对锭子进行转速控制； 可编程控制器依次顺序通过驱动器 3、 辅助马达 3 和链条、 齿形带或三角带等形式的机械传动对后罗拉第 一环圈进行控制； 依次 顺序通过驱动器 4、辅助马达 4和链条、齿形带或三角带等形式的机械传动� �后 罗拉第二环圈进行控制； 分别依次顺序通过驱动器 5、辅助马达 5和链条、齿形 带或三角带等形式的机械传动对后罗拉第三环 圈进行控制。 以及可编程控制器 分别通过驱动器、 辅助马达和机械传动对前、 中罗拉以及纲领板进行控制。 通 过程序控制后罗拉各环圈的转速， 准确实现了三段相互独立转动的环圈的表面 线速度或喂入牵伸区的三根粗纱的速度满足前 述公式 (1)或公式（2); 并且通过 在满足公式（1)或公式 （2 ) 的前提下， 调节第一、 第二及第三环圈的转速， 实 现了不同种、 不同色粗纱比例的按需调节。

另外， 本发明还可以采用其他如单片机、计算机等通 过伺服电机等驱动和传 说 明 书

动形式实现对三个环圈的转速的单独控制， 且实现其转速的满足公式（1 )和（2 ) 需要。

实施例 3 如图 9所示为本发明的三元色耦合牵伸加捻装置由� �伸系统和加捻系统组 成。牵伸系统由后组合罗拉 100、 中罗拉 200和前罗拉 300组成， 前罗拉和中罗 拉中间设置有喇叭口 500。

如图 2所示， 后组合罗拉 100包括三段外径相等的第一环圈 8、 第二环圈 9 和第三环圈 10， 以及与第一环圈 8、 第二环圈 9和第三环圈 10—一对应的第一 皮辊 12、 第二皮辊 13、 第三皮辊 14。 第一环圈 8、 第二环圈 9和第三环圈 10 依次顺序套装在同一芯轴上， 并且分别由三个不同的伺服电机驱动。 其中第二 环圈 9通过销、 键或过盈配合与芯轴固定连接； 其他两个环圈分别与芯轴可相 对转动连接。

两个伺服电机分别通过第一齿形带 15和第三齿形带 11驱动第一环圈 8和 第三环圈 10转动； 第二环圈 9则随芯轴同步转动， 由另外一个伺服电机控制。 由于组合后罗拉上三个环圈具有三个独立的运 转速度， 因此该牵伸机构具 有三个自由度，可实现对喂入的红色有色粗纱 、黄色有色粗纱 B和蓝色有色粗 纱 C进行三自由度的耦合牵伸。 即在牵伸区内， 红色有色粗纱 A、黄色有色粗纱 B和蓝色有色粗纱 C与前罗拉前皮辊的握持点分别为 Pa、 Pb、 Pc, 与中罗拉中 皮辊的握持点分别为 Qa、 Qb、 Qc, 三根须条在前罗拉前皮辊处汇合其握持点为 R; 该装置可对喂入的红色有色粗纱 A、 黄色有色粗纱 B和蓝色有色粗纱 C， 须 条分别按不同的牵伸倍率进行牵伸， 牵伸后的三根须条汇合于 R点后经加捻混 合形成彩色纱线。

如图 7所示， 第一环圈、 第二环圈和第三环圈的表面线速度或喂入牵伸 区 的三根粗纱的速度由控制-驱动系统控制， 控制-驱动系统控制包含由变频器控 制的驱动器 3-5，该三个驱动器分别控制所述第一环圈、第 二环圈和第三环圈的 说 明 书

转速， 并使单位时间内由后罗拉输入的三根有色粗纱 的重量之和恒定。

三元色 （或 A、 B、 C三种颜色） 混色模式

1、 三元色混色的三种模式：

通过三元色 （或三色） 混色实现纱线色彩变化的模式可分为三种， 即： 单 色、 双色混色、 三色混色。 单色模式即为： A色， B色， C色； 双色混色模式有： AB混色， BC混色， AC混色； 三色混色模式有： ABC混色。

2、 混色比的梯度配置， 实现不同配色的方案

在三元色的各种混色模式下，混色比的递增以 10%为最小增量，进行配色可 形成如下混色：

表 1 配色方案

说 明 书

说 明 书

注： ^{= 1W/<>} 可以有无数种组合， 本发明专利选择以 0. 1为一个 梯度进行梯度混色配色， 经以上统计， 按三元色粗纱（三种色彩粗纱）经耦 合牵伸、 交变换色、 梯度配色、 加捻混合， 最终可形成 66种配色， 即可形 成具有 66种色彩分布的段彩纱； 更为重要的是， 在同一根段彩纱上， 可以 根据需要不断变换配色。 在制作带图案的布匹时， 则可以根据电脑排版提取 并提前设定不同根纱线上形成上述图案的色彩 变化， 在织布后， 不同的段彩 纱则自然形成设定图案。 三元色纤维按一定比例混合均勾后的显色效应 属于物理混色中的空间混 色。 实施例仅用于例说本发明而不用于限制本发明 的范围。 此外应理解， 阅读 并理解了本发明的内容之后， 本领域技术人员可以对本发明做出各种改动或 修 改， 这些等效形式同样落在本发明所附权利要求书 所限定的范围之内。