短纤纱经编织物生产关键技术研究进展

蒋高明， 程碧莲， 万爱兰， 李炳贤

(江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

纺织产业是我国重要的民生产业和具备国际竞争优势的产业，更是高新科技运用与时装发展的重点行业，与满足人民对美好生活向往和全面建成小康社会紧密关联。天然纤维类短纤纱针织面料因柔软、弹性、亲肤等优越性能，被广泛应用于内衣、T恤、裤料等常规服饰品及运动休闲类服装面料。短纤纱经编技术在纺织面料的开发应用上具有很大的发展空间。

短纤纱经编织物具有吸湿、免熨烫、容易养护等优良特性，其在服饰和家纺等产品领域的使用上呈现明显增长态势[1-2]。《纺织工业“十三五”科技进步纲要》中把短纤纱的经编技术开发纳入三个重要内容之中,此外，针织高速优质生产技术和针织物疵点在线识别系统也是“十三五”重点科技攻关项目研究方向。我国有成熟的纺织产业链和技术积累，已具备自主研发和创造的能力，短纤纱经编技术的研发将通过纺纱、经编装备、控制、计算机和网络技术等多个领域的协同创新，研究适合经编高速生产的短纤纱材料，研发短纤纱经编高速生产装备，推动整个行业的技术进步，推进针织智能制造。

短纤纱由于自身强力、延伸性和毛羽量、高成本和低效率生产等问题,制约着其发展前景。近年来,随着原料制造技术和加工工艺方式的不断进步,以及现代经编机械的进一步发展,使得短纤纱经编生产中的问题得以改善。这些改善虽促进了短纤纱在外衣服饰、内衣织物、装饰用产品中的广泛应用,但仍未实现低成本的高速经编产品。

本文基于短纤纱经编生产关键技术难点，从经编生产中的整经、高速生产、清洁生产、智能生产和全成形经编生产5个方面论述了短纤纱经编生产关键技术，总结了短纤纱在衬衫、内衣、裤料以及蕾丝面料上的应用，以期为短纤纱经编生产技术创新提供一定的参考意义。

1 短纤纱经编生产技术难点

短纤纱由于强伸度差、易产生飞花等问题,通常可在低机号的经编机上低速生产,在部分高机号、高速经编机上生产,存在生产效率和成品率低等问题。短纤纱在经编生产中的问题主要有：1)强力低。短纤纱强力低，条干均匀性差，易产生断纱影响生产效率。2)毛羽多。短纤纱在整经和织造过程中因摩擦使纱线表面毛羽脱落产生飞花，飞花堵塞针槽，造成织针损伤和布面疵点，同时使纱体断裂强力和断裂伸长降低。3)延伸性小。短纤纱尤其是棉纱延伸性小，在经编成圈时难以承受梳栉前后摆动及针前针背横移产生的张力波动，易造成纱线断裂。4)捻度大。与长丝相比，短纤纱为提高强力而加捻易造成纱线扭结，导致短纤纱整经和织造时张力较大，产生的断纱处理相对困难。5)成本高。相同织物面密度下，经编纱原料比纬编和机织原料细，经编用短纤纱的线密度在18 tex以上，其中，纱线越细，成本越高，且纱线强力下降。综上，短纤纱生产中遇到的问题，虽是其产品开发的壁垒，但也是其产品的潜力所在。只要克服这些难题，短纤纱产品将拥有更加广阔的市场前景。

2 短纤纱经编生产关键技术

2.1 短纤纱经编整经技术

整经是生产经编产品的准备工序，相当于传统纬编的络纱。整经质量对经编产品至关重要，经编中百分之八十的疵点是由整经质量不良所产生的[1]。短纤纱经编织造时对纱线的毛羽、拉伸强力和断裂伸长率要求较高，同时在经编的整经过程中，毛羽和飞花不宜过多，否则会造成纱线缠结、断经等，阻碍整经和织造过程的顺利进行,降低生产效能[3-4]。针对短纤纱毛羽多、强力低、有弱节、捻度高及表面摩擦因数大等特性，结合不同纺纱方式，研究前处理剂对短纤纱上浆率、拉伸断裂性能、摩擦性能以及毛羽性能的影响，通过对比分析得到适合经编使用的前处理剂，改善短纤纱的物理性能以适应经编高速生产。

针对短纤纱毛羽多、强力低等问题，可通过改善经编机装置来实现短纤纱的高效生产。江南大学针织中心在已有的电脑拷贝式整经机[5]基础上，研制短纤纱经编整经机，如图1所示。在该整经机中设计了筒子架及飞花清除技术，有效降低了飞花的二次污染，并设计了分层上浆设备和压辊，能使短纤纱表层的毛羽贴服、浆液渗入均匀，从而提高短纤纱纱线强力，实现短纤纱的优质生产。

图1 短纤纱经编整经机Fig.1 Spun yarn warp warping machine

2.2 高速生产技术

整经和织造过程中纱线都受到张力作用，只有在合适的张力条件下才能保证纱线高速生产。其中短纤纱在经编成圈过程中，依次受到导纱杆、分纱筘、张力杆、导纱梳和织针等影响而产生张力波动。其中,张力杆对平衡经纱在每个成圈阶段时的张力都具有重要影响,因此必须通过调整各梳栉的短纤纱根数来调整张力杆弹簧片优化的张力补偿,使张力杆维持松弛与平衡的频率。另外,还需要通过稳定机速,防止因机速突变而导致的平衡经纱张力剧烈震荡[6]。

短纤纱强力低、延伸性小的特性，极大阻碍了其高速生产。为此文献[7-8]设计了短纤纱经编机预弯纱成圈技术，降低纱线间摩擦力和弯纱张力；并且研究了动态自适应的高速电子横移运动控制算法，使其与曲轴连杆设计相结合，保证梳栉横移运动平稳、无冲击。文献[9-10]通过研究短纤纱张力的波动变化规律，建立短纤纱动态张力补偿的控制模型[11]，运用预先规划的前馈控制系统，开发短纤纱张力动态补偿系统，以实现降低短纤纱张力峰值、减缓波动的动态调节效应，有效推动了短纤纱经编的高速生产。

2.3 清洁生产技术

针对成圈区域形成的飞花积聚，通过在经编机成圈区域设置如图2所示吹风系统和吸风装置，编织时将吹风系统吹出的飞花及棉纱与导纱针摩擦产生的脱落毛羽同时吸走，实现短纤纱经编的清洁生产。

图2 短纤纱智能型高速经编机吹吸风系统示意图Fig.2 Schematic diagram of blowing and suction system of spun yarn intelligent high-speed warp knitting machine

蒋高明等[12-13]通过研究短纤纱经编机成圈区域飞花形成规律，建立了成圈区域的吹尘/吸尘空气流场模型，并对吸风口外流场产生的负压进行仿真和分析，为短纤纱经编机飞花清除系统的设计和研究提供了思路和理论依据。

2.4 智能生产技术

随着中国纺织装备工业智能化技术水平的日益提升,机器视觉正替代人眼、红外线等传统检测方式，帮助生产单位更清楚、准确地看清每个细微场景，推动生产型企业智能化转型升级。

Li等[14-15]提出了一种新的织物疵点检测算法。该算法使用了最佳椭圆Gabor滤波器(EGF)。最佳椭圆Gabor滤波器(EGF)相对于滤波器组方法，需要的滤波器更少，过滤所需的时间更少。该方法在测试流程中，以最佳EGF卷积法对样本图片缺陷进行判定,并用自适应阈值技术来定位缺陷，提高了织物疵点检测的质量和效率[14]。

图3示出江南大学自主研制的短纤纱智能型高速经编机。该系统可与经编生产管理系统集成，实现短纤纱经编面料的智能生产。江南大学自主开发的短纤纱经编疵点在线监测系统，主要应用于超高分辨线阵扫描工业摄像头和高速图像传输和处理技术，实时处理图像，在线监测纺织疵点[16-18]。该系统采用神经网络机器自学习的滤波器优选算法,构建实时动态纺织疵点图像库[19]，以提升疵点的辨识速率与精度,并利用网络接口连至服务器进行定期上传，自动计算纺织疵点并解析疵点形成的原因；并采用了互联网即时数据采集技术，把传统经编机当作网络终端，实现短纤纱的智能生产。

图3 短纤纱智能型高速经编机Fig.3 Intelligent high-speed warp knitting machine for spun yarn

2.5 全成形经编技术

全成形经编技术是在配置2列背对背相互平行安装针床的双针床经编机上生产经编成形针织产品的一类针织生产技术[20]。其中，短纤纱经编全成形产品具备了一次性成形，合体舒适的特点。

近3年，国际一线时尚及运动品牌如耐克、阿迪达斯、西弗拉等先后开发了经编全成形短纤纱服装系列产品。具有代表性的短纤纱经编全成形产品是意大利西弗拉2018年慕尼黑ISPO展会展出美丽奴羊毛纱线全成形运动服装，可保温隔热、透气吸湿、调节身体微气候环境；该系列产品不仅助力意大利西弗拉销售额增长70%，也为全球时尚和运动领域知名品牌开发定制新品。

3 短纤纱经编产品开发应用

3.1 短纤纱经编衬衫面料

纯棉机织物在穿着和水洗过程中，易起褶皱且无弹性有束缚感，而经编织物结构较为稳固、弹力程度中等，既可克服机织物的易褶皱弊端，又具有针织面料的轻柔舒适、拉伸自如等优势，使得经编衬衫面料更加适应于新型中高档衬衫面料潮流[21-22]。

衬衫面料是短纤纱经编应用的主要领域。衬衫面料一般采用全棉9～15 tex单纱、4～8 tex×2股线本白或色纱，若采用丝光棉或液氨整理能减少布面毛羽提高滑爽度。生产时采用2把或4把梳栉交织，线圈受力均衡稳定，布面平整，尺寸稳定性好，与梭织相比有一定的延伸性，全棉吸湿舒适，涤/棉交织挺括有身骨，具有天然抗皱免烫性能。

在市场推广方面，江阴海澜集团有限公司、山东鲁泰控股集团有限公司、海安联发棉纺有限公司、福建海天轻纺有限公司等一批企业正积极投入短纤纱经编衬衫面料的开发。

3.2 短纤纱经编内衣面料

内衣生产原料一般采用全棉9～12 tex单纱，或5～6 tex×2股线，也可采用9.6 tex棉纱与44 dtex竹浆纤维长丝或44 dtex氨纶交织。短纤纱经编内衣采用2把梳栉交织，线圈受力均衡稳定，布面平整，抗皱保形，贴身舒适，吸湿柔软[23-24]。

在2020年1月的巴黎国际内衣展上,卡尔迈耶公司推出了首批使用柔软、亲肤的经编弹力平纹面料“JERSEY EVOLUTION”制成的系列产品[25]。该款面料由高性能特里科经编机HKS 2-S生产，其产量相当于2.5台圆机的总产能。另外，该型号的机针寿命约为圆机的6倍，使得每台机器的成本减半。“JERSEY EVOLUTION”制成的内衣产品弹性高达245%，重经组织使该款短纤纱经编面料拥有良好的弹性回复力，从而提高了耐穿性；氨纶纱线配合特殊的网眼穿纱法形成了牢固平整且抗撕裂的布边，使其光滑、不卷边且可自由裁剪；特选的垫纱搭配高机号，使得织物有柔软、光滑、细腻的触感，织物外观手感与圆机织成的面料一致。

3.3 短纤纱经编裤装面料

经编裤装面料是短纤纱经编应用的创新领域。生产的面料特点是近似经典的机织服装面料，实则是针织面料，其功能性结构能提供优良的舒适性。经过精心设计图案和挑选纱线，就可制造出弹力良好的服用舒适感的针织品，既可让穿着者行动自如，又可让服装完美贴身。

卡尔迈耶有限公司裤装面料的原料采用丝光棉、33～83 dtex普通涤纶或阳离子可染的涤纶、竹浆纤维长丝交织，并在HKS 4 特里科机器上进行生产。其中千鸟格面料的格子呢采用经典的裁剪，制成拥有运动服般舒适度的裤子[26]，图4示出千鸟格经编裤料图。这些服装不仅舒适度出众，而且易于护理。面料不易起皱，可随意洗涤、快干。

图4 千鸟格经编裤料Fig.4 Houndstooth warp knitted trousers

国内学者开发出经编短纤纱牛仔面料，在机号E24～32经编机上采用14～19 tex靛蓝纱和55～83 dtex吸湿排汗涤纶或44 dtex氨纶包芯纱或61～83 dtex热塑性聚酯(PBT)纤维为原料，制成的产品具有四面弹效果，比机织牛仔布悬垂性好、柔软舒适，比纬编仿牛仔布尺寸稳定、有身骨[27-28]。

3.4 短纤纱经编蕾丝面料

多梳拉舍尔蕾丝花边以其精致的花型、通透性感的材质，高贵优雅的配色，成为近年来最时尚的流行元素之一。蕾丝花边广泛用于女式内衣、外衣、家居服等服饰类以及诸多家纺装饰类产品中[29-31]。

拉舍尔蕾丝面料在机号为E24或E28的拉舍尔经编机上生产，配置的梳栉数在18把以上，最多可达到100多把。拉舍尔蕾丝面料的生产原料较广，3 tex到17 tex的涤纶、锦纶、氨纶或者29 tex×2，15 tex×2，5 tex×2的棉纱股线均可用于生产蕾丝面料。

拉舍尔蕾丝面料在现代服饰中的运用已基本涵盖了所有服饰种类，从女装到男装、从童装到成年装、从礼裙到常服，花边不再是以辅料和配角的身份呈现，而是以面料和潮流趋势主角的身份存在。

4 结束语

本文从短纤纱经编生产存在的问题出发,梳理了短纤纱经编生产关键突破技术。总结了经编用短纤纱成纱质量要求,并进一步从短纤纱经编整经技术、短纤纱经编织造技术出发分析了短纤纱经编产品生产中的问题和解决方法。最后介绍了短纤纱经编产品在衬衫面料、内衣面料、裤子面料、蕾丝面料领域的应用现状,并对短纤纱经编技术未来发展方向进行展望，指出未来短纤纱发展重点应在新工艺、新装备等技术的突破上,同时应加速推动短纤纱经编生产技术逐步向特色化、高档化和功能化开发应用的进程,进一步增强纺织工业的全球竞争力,实现纺织大国向纺织强国的转变。

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