彈性蕾絲花邊與氨綸基布複合過程中的張力控製關鍵技術 一、引言 在現代紡織工業中，功能性與美觀性並重的麵料需求日益增長，尤其是內衣、運動服飾、泳裝及高端時裝等領域對彈性織物的要求愈加嚴格。其...
彈性蕾絲花邊與氨綸基布複合過程中的張力控製關鍵技術
一、引言
在現代紡織工業中，功能性與美觀性並重的麵料需求日益增長，尤其是內衣、運動服飾、泳裝及高端時裝等領域對彈性織物的要求愈加嚴格。其中，彈性蕾絲花邊因其獨特的鏤空結構、良好的延展性和優雅的外觀，廣泛應用於女性內衣、婚紗禮服和貼身衣物中。而氨綸基布（Spandex-based Fabric）以其優異的彈性和回複性能成為高彈性紡織品的核心材料之一。將兩者進行複合加工，不僅能夠提升產品的整體質感與舒適度，還能增強其力學性能和穿著穩定性。
然而，在實際生產過程中，彈性蕾絲花邊與氨綸基布的複合工藝麵臨諸多挑戰，尤其以“張力控製”為核心的技術難題尤為突出。張力不均會導致複合後產品出現褶皺、滑移、變形甚至斷裂等問題，嚴重影響成品率和產品質量。因此，研究並優化該複合過程中的張力控製技術，對於提高生產效率、降低廢品率、保障產品一致性具有重要意義。
本文將係統闡述彈性蕾絲花邊與氨綸基布複合過程中張力控製的關鍵技術，涵蓋材料特性分析、張力影響因素、張力調控方法、設備選型建議以及典型工藝參數設置，並結合國內外研究成果進行深入探討。
二、材料特性分析
2.1 彈性蕾絲花邊的物理與機械性能
彈性蕾絲花邊通常由尼龍（Polyamide）、滌綸（Polyester）或錦氨混紡紗線通過經編或刺繡工藝製成，內部嵌入一定比例的氨綸絲（Spandex），賦予其橫向和縱向的雙向彈性。其結構疏鬆、透氣性好，但抗拉強度較低，易受外力影響發生形變。
| 參數 | 典型值 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 氨綸含量 | 5%–20% | GB/T 2910-2019 |
| 斷裂強力（經向） | 80–150 N/5cm | ISO 13934-1 |
| 斷裂伸長率 | 80%–200% | ISO 13934-1 |
| 回彈性（50%伸長後） | ≥95% | ASTM D2594 |
| 單位麵積質量 | 40–120 g/m² | GB/T 4669-2008 |
注：數據來源於中國紡織科學研究院2022年發布的《針織蕾絲花邊性能測試報告》
從上表可見，彈性蕾絲花邊具有較高的伸長率和良好的回彈性能，但由於其結構非連續且存在大量孔洞區域，導致其在受力時應力分布極不均勻，極易因局部張力過大而產生撕裂或永久變形。
2.2 氨綸基布的力學行為特征
氨綸基布多為緯編雙麵布或羅紋組織，主成分包括聚酯/棉與5%–20%的氨綸纖維。這類基布具備高彈性和良好的貼合性，常用於緊身衣、運動服等需要高動態適應性的服裝中。
| 參數 | 典型值 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 氨綸含量 | 10%–18% | GB/T 2910 |
| 彈性回複率（循環加載） | ≥93% | FZ/T 72013-2019 |
| 經向斷裂強力 | 200–350 N/5cm | ISO 13934-1 |
| 緯向斷裂強力 | 180–300 N/5cm | ISO 13934-1 |
| 延伸度（緯向） | 100%–180% | ASTM D3107 |
值得注意的是，氨綸基布在低張力下即可發生顯著形變，且其初始模量較小，表現出明顯的“軟啟動”特性。這一特點使得在複合過程中若張力調節不當，極易造成基布過度拉伸，進而引發後續收縮不均問題。
三、複合工藝流程概述
彈性蕾絲花邊與氨綸基布的複合通常采用熱熔膠塗覆+層壓複合的方式完成，具體工藝流程如下：
- 放卷準備：分別將蕾絲花邊與氨綸基布安裝於獨立放卷裝置；
- 張力預調：通過磁粉製動器或伺服控製係統設定初始張力；
- 糾偏對中：利用光電傳感器實現自動糾偏，確保兩層材料對齊；
- 熱熔膠施加：使用輥式塗布機在基布表麵均勻塗覆TPU或PA類熱熔膠；
- 層壓複合：在加熱壓輥作用下完成粘合；
- 冷卻定型：通過風冷或水冷輥穩定複合結構；
- 收卷成卷：經張力閉環控製後收卷。
在整個流程中，張力控製貫穿始終，尤其在放卷、複合與收卷三個階段為關鍵。
四、張力控製的影響因素分析
4.1 材料自身屬性帶來的挑戰
不同材料的彈性模量、斷裂伸長率及厚度差異直接影響張力響應曲線。例如，蕾絲花邊由於存在大量非承重區域，在相同張力條件下其實際應變遠高於致密織物，容易出現“局部過拉”現象。
此外，氨綸纖維對溫度敏感，在高溫環境下（如層壓區），其彈性會暫時下降，若此時張力未及時調整，可能導致不可逆塑性變形。
4.2 工藝速度與張力波動關係
生產速度是影響張力穩定性的主要外部變量。隨著車速提升，慣性效應增強，放卷與收卷係統的動態響應延遲加劇，導致張力波動幅度增大。
據日本東麗公司（Toray Industries）實驗數據顯示，當複合線速度從20 m/min提升至60 m/min時，氨綸基布的瞬時張力波動可增加達35%，顯著提高了起皺風險。
4.3 設備精度與控製係統匹配性
張力控製係統的精度依賴於傳感器靈敏度、執行機構響應速度及控製算法先進程度。傳統機械式張力控製器已難以滿足高精度複合需求，目前主流設備普遍采用全伺服驅動+閉環反饋係統。
德國巴馬格（Barmag）在其FLX係列複合線上引入了基於PID+前饋補償的複合張力模型，可在±2%範圍內實現張力恒定控製，大幅提升了產品一致性。
五、張力控製關鍵技術解析
5.1 分段式張力分區控製策略
為應對不同材料特性和工藝環節的需求，現代複合生產線普遍采用“分段張力控製”模式，即將整個流程劃分為若幹張力控製區，每區獨立調節。
| 控製區域 | 推薦張力範圍（cN） | 控製方式 | 功能說明 |
|---|---|---|---|
| 蕾絲花邊放卷區 | 50–120 cN | 磁粉製動 + 張力傳感器反饋 | 防止鬆弛與跳動 |
| 氨綸基布放卷區 | 80–180 cN | 伺服電機 + 編碼器閉環 | 抑製過度拉伸 |
| 複合牽引區 | 100–220 cN | 交流變頻驅動 | 保持同步運行 |
| 收卷區 | 120–250 cN（漸進式） | 中心驅動 + 錐度張力 | 防止內緊外鬆 |
該策略有效解決了因材料彈性差異導致的“牽連效應”，即一種材料被另一種強行帶動而產生形變的問題。
5.2 自適應張力補償機製
針對車速變化引起的動態張力擾動，先進的複合設備配備了自適應張力補償係統。該係統通過實時采集線速度信號，結合材料彈性係數數據庫，自動調整輸出扭矩，實現張力恒定。
例如，意大利Santex集團開發的SmartTension®係統，可通過機器學習算法預測張力趨勢，並提前介入調節，使張力波動控製在±3%以內。
其核心原理基於以下公式：
$$
T_{text{adjusted}} = T_0 times left(1 + k_v cdot frac{dv}{dt}right)
$$
其中：
- $ T_{text{adjusted}} $：修正後的目標張力
- $ T_0 $：基準張力
- $ k_v $：速度增益係數（依材料而定）
- $ frac{dv}{dt} $：加速度變化率
此模型已在多家國內龍頭企業（如浙江棒傑數碼科技）的智能縫製產線中成功應用。
5.3 多軸同步控製技術
在雙放卷+一收卷的配置中，必須保證各軸之間的速度同步。現代控製係統普遍采用CAN總線或EtherCAT通信協議，實現微秒級數據交互。
同步誤差需控製在0.1%以內，否則將在複合界麵形成剪切應力，導致錯位或起泡缺陷。
| 同步控製指標 | 目標值 | 實測值（優秀設備） |
|---|---|---|
| 速度同步精度 | ≤0.2% | 0.08% |
| 位置同步偏差 | ≤0.5 mm | 0.2 mm |
| 響應延遲時間 | <5 ms | 2.1 ms |
上述數據表明，高性能運動控製器（如倍福BX係列、匯川IS620P）配合高分辨率編碼器，可滿足高精度複合要求。
六、關鍵設備選型與配置建議
6.1 張力檢測元件選擇
| 類型 | 精度 | 響應頻率 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 浮動輥式張力傳感器 | ±1% FS | 100 Hz | 高速連續運行 |
| 應變片式直接測量 | ±0.5% FS | 200 Hz | 精密小張力場合 |
| 間接計算法（扭矩+半徑） | ±3% FS | 實時 | 成本敏感項目 |
推薦在關鍵控製點（如複合入口）使用浮動輥式傳感器，確保長期穩定性。
6.2 製動與驅動係統配置
| 組件 | 推薦型號 | 特點 |
|---|---|---|
| 放卷製動器 | 日本三墾（Sankyo）MT係列磁粉製動器 | 恒轉矩輸出，耐高溫 |
| 牽引電機 | 鬆下MINAS A6係列伺服 | 高動態響應，支持MODBUS通訊 |
| 收卷驅動 | 台達VFD-B係列變頻器 | 內置錐度張力控製功能 |
國產替代方麵，匯川技術、英威騰等品牌近年來在張力控製專用變頻器領域進步顯著，性價比優勢明顯。
七、典型工藝參數設置實例
以下為某知名內衣製造商（維珍妮國際控股有限公司）在生產文胸罩杯用複合蕾絲時的實際工藝參數：
| 工序 | 參數名稱 | 設置值 | 備注 |
|---|---|---|---|
| 放卷張力（蕾絲） | 張力值 | 90 cN | 使用磁粉製動器 |
| 放卷張力（基布） | 張力值 | 150 cN | 伺服閉環控製 |
| 塗膠溫度 | 熱熔膠輥溫 | 160°C | TPU膠粒型號：Ellastollan S 70D |
| 層壓溫度 | 壓輥表麵溫度 | 130°C | 氣壓：0.4 MPa |
| 層壓壓力 | 線壓力 | 180 N/cm | 雙鋼輥壓合 |
| 生產速度 | 運行線速 | 35 m/min | 恒速模式 |
| 收卷張力 | 初始值 | 180 cN | 錐度比：1:1.3 |
| 環境溫濕度 | 溫度/濕度 | 23±2°C / 55±5%RH | 控濕防靜電 |
該工藝條件下，產品一次合格率達98.6%，複合剝離強度≥8 N/3cm（依據FZ/T 01010-2019測試）。
八、常見問題與解決方案
| 問題現象 | 可能原因 | 解決措施 |
|---|---|---|
| 複合後起皺 | 基布張力過大或蕾絲張力過小 | 調整張力配比，增加蕾絲端張力 |
| 邊緣翹曲 | 兩側張力不平衡 | 檢查糾偏係統，校準傳感器 |
| 粘合不牢 | 膠溫不足或壓力偏低 | 提高壓輥溫度至135°C，檢查氣路密封 |
| 收卷不齊 | 收卷張力梯度不合理 | 啟用錐度張力模式，設置合理斜率 |
| 材料打滑 | 導輥表麵汙染或包角不足 | 清潔導輥，增加導向包角至180°以上 |
特別提醒：在更換不同批次材料時，務必重新標定張力參數，避免因材料公差引發質量問題。
九、智能化發展趨勢
隨著工業4.0理念的深入，張力控製係統正朝著數字化、網絡化、智能化方向發展。
9.1 數字孿生技術的應用
部分領先企業已開始構建複合生產線的數字孿生模型，通過虛擬仿真預演張力分布狀態，提前識別潛在風險點。例如，瑞士Unitika Machinery AG在其新機型中集成了TwinWeave™係統，可模擬不同張力組合下的複合效果，優化參數組合。
9.2 AI輔助決策係統
基於深度學習的張力異常預警係統正在興起。通過曆史數據訓練神經網絡模型，係統可自動識別張力波動模式，並判斷是否即將發生斷帶或褶皺故障。
華南理工大學團隊於2023年發表的研究指出，采用LSTM（長短期記憶網絡）構建的張力預測模型，對突發性張力失穩的預警準確率達到91.7%，平均提前報警時間為12秒。
9.3 遠程監控與雲平台集成
借助5G與邊緣計算技術，複合設備可實現遠程狀態監測。管理人員可通過手機APP實時查看各張力區數值、報警記錄及能耗數據，極大提升了運維效率。
十、國內外研究進展對比
| 研究方向 | 國外代表成果 | 國內代表性進展 |
|---|---|---|
| 張力建模 | 英國利茲大學提出非線性粘彈性張力模型（2020） | 東華大學建立針織物張力衰減方程（2021） |
| 控製算法 | 德國西門子推出SINAMICS S210自適應控製器 | 浙江理工大學研發模糊PID複合控製算法 |
| 在線檢測 | 日本島精機製作所開發激光測張係統 | 江南大學研製基於視覺的張力分布圖譜儀 |
| 節能優化 | 美國杜邦公司提出低張力節能複合工藝 | 常州宏大科技推出HawkVision智能張力節電係統 |
總體來看，國外在基礎理論和高端裝備方麵仍具領先優勢，但國內在應用創新和成本控製方麵展現出強勁競爭力，特別是在中高端民用紡織複合領域已逐步實現進口替代。
十一、結論與展望（略）
（根據要求，此處省略結語部分）
