图1 纺纱针织一体圆纬机Spinit 3.0E。
图1 纺纱针织一体圆纬机Spinit 3.0E。
近年来,随着新型纤维与纱线原料的开发与应用、针织工艺的改进、针织设备制造精度和机电一体化程度的提高、计算机与互联网技术的广泛采用、以及针织企业所面临的招工难等问题,促进了针织技术与设备向短流程、智能化、高性能、半成形与全成形、高效节能等方向发展,推出了一些新的技术与机械,为针织面料及服装的开发与生产和企业的发展提供了有力的支撑。

下面结合国际针织新技术,中国《纺织机械行业“十三五”发展指导性意见》中列出的几项与针织相关的科技攻关项目,介绍一些针织新技术和设备及其应用。

纺纱针织一体圆纬机

2015年11月在意大利米兰举行的国际纺机展(ITMA)上,德国迈耶西公司展出了世界上首台纺纱针织一体圆纬机Spinit 3.0E,如图1所示。

该机的加工流程经历了纺纱(细纱)、清纱和针织三个环节。纺纱厂来的粗纱筒子,首先由电子控制的三罗拉牵伸系统牵伸形成细的纤维束;经过在线的清纱传感器检测自动去除粗细节和杂质后,输送到双喷嘴假捻纺纱单元处理;当纤维束经过导纱器时,假捻分解,无捻度的纤维组分输送到织针进行编织。针织采用了传统的单面圆机形式,配备了沉降片相对运动技术、梯形扩布架、马达轻柔卷曲等。

Spinit 3.0E将细纱、清纱和针织三种功能集合在一台机器上,具有以下优点:(1)织物质量高:纤维柔和和无捻度地直接针织成织物,纱线无接头和粗节,织物超柔软线圈结构均匀,光泽耀眼,几乎无线圈的歪斜。(2)短流程:取消了细纱、络筒等工序。(3)费用低:在相同针织物产量条件下,节省了细纱机、络筒机的投资20%,节约生产费用20%(占用空间少、耗能少,产生废物少)。(4)绿色环保:采用生态友好原材料,不使用化学油剂助剂和上蜡;减少30%的二氧化碳排放。 

该机的应用包括:(1)原料来源于各种短纤维:棉(精梳或粗梳)、黏胶、莫代尔、涤纶等,可加工各种标准混纺比。(2)织物克重范围广:对应粗纱范围0.6-0.9s,织物重量在80-200g/m2,甚至相同支数的粗纱可以生产不同克重的针织物。(3)高质量针织产品:超柔软T恤衫,轻柔的婴儿衣物,光泽耀眼的夜礼服等,织物生理舒适性能(保暖性等)佳。

针织物疵点在线检测系统

目前,对于针织机在编织过程中出现破洞、漏针、条纹等织物疵点,主要是依靠挡车工的巡回目视检查,存在着易漏检、出现疵点不能即刻停机、看台率低等缺点,影响到针织生产率和坯布质量。因此,研制针织物疵点在线检测系统,替代人工进行自动检测,已经成为智能化针织生产的发展方向。
图2 圆纬机织物疵点自动实时检测装置。
2005年国外学者经过研究,提出了基于机器视觉技术的圆纬机织物疵点自动检测系统,该系统硬件部分如图2所示。

织物图像采集装置为带平行灯光的摄像头(感光原件为CMOS)以及一个定制的微控制器,采集装置放置在30英寸单面提花圆机的针筒内侧对刚编织出来的织物进行同步拍摄采样。

采集到的织物图像传送到两台电脑依次进行图像数据接收、降噪滤波和疵点分类识别。数据处理部分采用了Labview和Matlab这两个软件,其中Labview负责图像的拍摄和传送,Matlab负责图像的降噪滤波和疵点分类识别。

在疵点识别算法方面,研究人员对比了傅立叶变换、多贝西小波变换和加伯小波变换这三种算法在三层前向BP人工神经网络识别织物疵点的表现。

实验结果表明,经过加伯小波变换处理的图像数据再进行三层前向BP人工神经网络学习,识别圆纬机七种织物疵点的成功率为78.4%,远高于另外两种算法。

近年来,德国美名格公司推出了电子织物扫描器(KNIT SCAN),安装在圆纬机上当出现织物疵点时能及时识别位置并停机,以降低织物疵点和减少挡车工的看护,提高整机的智能化程度。但是目前该装置只能识别几种较简单的非花色针织物疵点,且存在一定的漏检或误检率。

就经编机而言,10多年前开发的吹风断纱光电自停装置、及随后出现的基于光电管阵列获取织物表面光线明暗信息来判断布面疵点的检测装置、或两者相结合,已在得到广泛应用。但由于这两种自停装置误检率较高(高达20%以上)、运行及维护成本高,经编企业一直在寻求更加稳定可靠的疵点检测装置。

随着大规模集成电路和图像处理技术的快速发展,基于机器视觉技术即利用CCD摄像头采集布面的图像信息并进行图像处理以实现织物疵点自动检测的经编疵点摄相自停系统正逐步走向成熟。

由于经编生产速度快、织物结构复杂,织物疵点的分辨技术难度大,因而目前这一系统只能用于简单的经编平纹织物疵点检测,还无法实现对任何带有花纹的电子横移提花、贾卡提花以及蕾丝花边等经编产品的疵点检测。

总的说来,目前的针织物疵点在线检测系统还处于起步阶段,在识别花色针织物疵点、提高识别准确率和降低误检率等方面还有许多工作要做,特别是疵点自动识别与分类的算法。

全成形织可穿针织技术

传统针织服装的生产,是先将坯布裁剪成衣片或编织成衣片,再将衣片缝制成服装。而通过全成形织可穿针织技术,在针织机上就可直接编织出三维全成形的服装,省去了裁剪缝制工序,减少了用工,提高劳动生产率,降低原材料的损耗。
图3 织可穿服装及其编织步骤。
针织成形服装等改善了产品的整体性、穿着舒适性和美观性。成形针织技术与产品正在成为针织工业的发展方向之一。

纬编全成形织可穿技术主要是基于电脑横机。与其它针织机械相比,电脑横机具有参加工作针数可变、移圈方便、针床横移等优势,能够通过收放针等技术实现全成形编织。

织可穿服装及其编织步骤(以套头衫为例)如图3所示。首先两个衣袖和大身单元由三个单独的导纱器分别进行圆筒形编织;在大身和衣袖单元连接以后,只使用一个导纱器进行圆筒形编织到结束,此时在衣袖和大身中进行收针以成形。

全成形织可穿服装可以在两针床或四针床电脑横机上编织。在编织圆筒形罗纹下摆以及衣袖与大身中进行收针时,需要将一个针床上的线圈转移到对面针床的空针上。由于前后针床需要留出一半空针用于编织罗纹下摆和移圈收针,所以编织下摆及大身和袖筒时,只能隔针编织,实际的下摆及大身或袖筒的机号只相当于机器机号的一半,即织物横向较稀松,这是两针床电脑横机加工全成形织可穿服装难以克服的缺点。

为此,国外公司研制出了四针床电脑横机,其中又分为两种。一种是德国斯托尔公司的机型,在两个编织针床的上方又增加了两个辅助针床,但这两个针床只是移圈针床,其上安装的是移圈片而不是织针。它可以辅助主针床上的织针进行移圈操作,即在需要时从织针上接受线圈或将所握持的线圈返回织针,但不能进行编织,这种机器可以编织满针的大身与袖筒以及隔针的下摆。

此外,斯托尔公司还进行了改进,将辅助针床从中部起剖分成左右两块,位于辅助针床剖分点的中央翻针装置可以使双面织物衣片的收放针在两个相反方向同时进行(如V领、挂肩等部位),避免了机头在收放针时的运动空程,与未剖分四针床电脑横机相比,可节省25%的收放针时间。

另一种是日本岛精公司的机型,在两个编织针床的上方又增加了两个带织针的辅助针床,这四个针床都可以进行编织与移圈,以满足编织满针下摆及大身与袖筒的需求。

大多数电脑横机使用的舌针由于一侧带有翻针片,针没有位于针槽的中央。而岛精机器采用了滑动式复合针,由针杆、针芯以及针脚三部分组成,针芯部分的前端为2个叶片,并位于针槽的中央,可以提供复杂的移圈能力,采用各种纱线编织都可以获得更加均匀的线圈和较好的织物品质。

此外由于复合针的动程小于舌针,机器的生产效率也有较明显地改善。

目前国内四针床电脑横机还是空白,出了硬件外,织可穿打版软件的开发以及织可穿工艺的自动生成等也与国外先进技术水平存在不少差距,这些都需要进行技术攻关。

除了纬编外,采用双针床经编机也可以进行全成形无缝编织,并具有以下特点:(1)织物的筒径可随穿纱方式和组织等而变化,只要在机器的编织门幅范围内,其变化几乎是无级的。(2)可以并列编织筒径相同或不同的相互分开的织物或相互有横向连接的筒形织物。(3)生产出来的成形产品只需很少或完全不需缝制,而且生产效率高。目前,经编无缝针织既可以加工单圆筒形的内衣(背心、吊带衫、短裤等),也能制备带分叉结构的多圆筒形产品,如双圆筒形的连裤袜、三圆筒形的长袖内衣、五圆筒形的手套等,真正实现衣坯的全成形整体编织。

高效节能针织技术与设备

圆纬机提高生产效率的途径主要是增加每英寸筒径的路数以及提高转速。

德国迈耶西公司在纺机展推出的三台圆纬机,除了具有主要功能外,在提高生产效率、降低机件损耗、节约能源方面也各有特点。型号D4-2.2 II HPI的双面多针道机,具有多路(4.4路/英寸筒径),高速(1.35m/s),产量高的特点,而一般的多针道机的最高路数在3路左右/英寸筒径;该机可棉毛/罗纹互换,实现柔性化生产;在编织普通棉毛布时,对应4.4路/英寸的配置以获得最高的生产率;在编织罗纹/八锁结构时,转换成2.2路/英寸,充分利用机器的潜力;还可快速更换针筒与针盘,实现一机多用。

型号MSC3.2的单面多针道机,每路一个沉降片三角座配置使更换沉降片更为方便快捷,采用了吊纱嘴位置来延长织针使用寿命降低损耗,并可在4小时内可快速调换针筒,无需支撑架,操作方便高效省时。

型号OVJA1.6EMS的双面电脑提花机,是在同类机型OVJA1.6E的基础上进行了改进;优化走针轨迹的单针电子选针,使织物设计与重量几乎不受限制;短选针片和低针筒的设计减少了织针摩擦的针油消耗,从而降低了运转成本和能源消耗。

圆纬机的三角座采用散热性能好的特殊金属材料,能有效避免高速运行时三角的热膨胀,有利于提高机速。

一些公司采用了钛合金、特殊铝镁锌系合金以及铝合金的三角座。

经编机的主轴转速(转/分,即横列/分)是衡量生产率高低的主要指标。德国卡尔迈耶研制的HKS2-M型高性能特里科经编机采用中动程成圈运动,通过优化成圈机件的运动配合,使得中动程2梳经编机的生产速度由2500r/min提升到3000转/分以上,增加约20%。

目前,该公司特里科经编机的最高转速已经达到了4000转/分。HKS2-M型经编机还采用了卡尔迈耶的分段摆轴专利技术,以每组连杆架为单位将摆轴分为若干段,最大程度地减少经编机在高速运转时产生的热量传递,降低温度变化对成圈机件的影响,与碳纤维增强复合材料制作的成圈机件床体配合,有效地提高经编机对车间环境温度变化的适应性,在实现经编机的高速稳定运行的同时,也有利于节能减排。

国产高速短动程特里科经编机(170英寸、E32),采用了曲轴连杆传动和碳纤维增强复合材料的成圈机件床体等先进材料与工艺制造技术,经编机生产速度也有了质的飞跃,最高编织速度成功地突破了3000r/min, 实现了国产经编机的高速化。

总结

经过多年的努力,我国的针织技术及装备已经有了较大的发展,有些国产针织机械已经替代了进口,成为针织生产的主流设备。但是仍有一些机型特别是高端高性能设备,在功能、可靠性、稳定性、织物品种和质量等方面与国际先进水平尚有一定差距,每年仍需要进口一定数量针织机。

为此我们既要学习借鉴国外的先进技术,也要坚持自主创新和提高研发能力,最终实现我国自主研发生产的针织设备在国内外巿场占据主导地位。