李欣欣，蔣高明，張愛軍，叢洪蓮，沙 莎

(江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇無錫 214122)

經(jīng)編提花間隔織物是利用Piezo賈卡元件在雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上進(jìn)行提花形成的一種織物。近年來，雙針床提花間隔織物因豐富的提花效應(yīng)在國內(nèi)外市場備受青睞，產(chǎn)品主要用于高檔提花運(yùn)動鞋材、汽車提花車內(nèi)裝飾和提花床墊等。目前，國內(nèi)外對普通雙針床間隔織物在服裝、鞋材和家紡產(chǎn)品等方面的開發(fā)研究相對較多［1－3］。此外，經(jīng)編間隔織物的工藝結(jié)構(gòu)和性能測試方面的研究也較為成熟［4－5］，但對經(jīng)編提花間隔織物的研究，尤其對經(jīng)編提花間隔織物的計算機(jī)輔助設(shè)計的研究仍處于起步階段［6－7］。本文在重點(diǎn)分析經(jīng)編提花間隔織物的賈卡提花原理的基礎(chǔ)上，借助數(shù)學(xué)建模和計算機(jī)程序設(shè)計語言研究了該類織物的計算機(jī)輔助設(shè)計方法，以期為企業(yè)設(shè)計開發(fā)經(jīng)編提花間隔織物新產(chǎn)品提供一定的參考依據(jù)。

1 賈卡提花間隔織物的編織原理

1.1 編織原理

經(jīng)編間隔織物是由上下表層和起連接與支撐作用的間隔層構(gòu)成的三維立體經(jīng)編織物［4］，如圖1所示。經(jīng)編提花間隔織物是在雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上增加1把或2把賈卡梳櫛，在表層編織出花紋網(wǎng)眼，并把提花面作為織物效應(yīng)面的間隔織物。間隔織物的A、B表層分別由至少1把導(dǎo)紗梳櫛在前針床或后針床單獨(dú)編織，形成平素密實(shí)結(jié)構(gòu)或網(wǎng)眼疏松結(jié)構(gòu);間隔層C由中間1把或2把梳櫛在前后針床交替成圈，連接A、B兩個表層，墊紗組織一般為1-0-1-2/2-3-2-1//或1-0-2-3/4-5-3-2//。間隔織物的厚度可通過調(diào)節(jié)前、后針床的脫圈板距離在2～8 mm范圍內(nèi)變化。

圖1 經(jīng)編間隔織物三維立體圖Fig.1 3-D structure of warp-knitted spacer fabrics

1.2 賈卡提花原理

雙針床拉舍爾提花型經(jīng)編機(jī)的賈卡梳櫛配置在后針床，由2把分離式賈卡梳櫛配置成滿機(jī)號，采用成圈型賈卡的三針技術(shù)在后針床進(jìn)行提花編織，基本墊紗組織為 1-1-1-2/1-1-1-0//［6］。2把分離式賈卡梳在后針床提花時，賈卡針接收提花控制信號向右偏移(偏移信息為T)［7］，形成密實(shí)的厚組織或者疏松的網(wǎng)孔組織;賈卡針在前針床編織成圈時，接收到的控制信號默認(rèn)為不偏(偏移信息H)。雙針床經(jīng)編機(jī)在編織同一橫列時，包含前針床成圈和后針床成圈，每次成圈時賈卡梳櫛可在針前墊紗和針背墊紗發(fā)生偏移。

在計算機(jī)輔助設(shè)計的經(jīng)編針織物CAD系統(tǒng)中，一個賈卡意匠格代表2個橫列，一般定義右邊縱行的線圈為奇數(shù)橫列，左邊縱行的線圈為偶數(shù)橫列，即一個賈卡意匠格包含8個偏移信息，其中第1、2、5、6共4個信息代表前針床，第3、4、7、8共4個信息代表后針床。為使設(shè)計和仿真更簡單，將后針床提花面當(dāng)作前針床編織面［7］，賈卡基本墊紗為1-1-1-0/1-1-1-2，賈卡針向左偏移(偏移信息為 T)或不偏(偏移信息為H)。賈卡針的偏移信息及在CAD設(shè)計系統(tǒng)中對應(yīng)的的意匠顏色如表1所示。

表1 賈卡梳櫛在后針床提花原理Tab.1 Jacquard principle on back needle bed

2 經(jīng)編提花間隔織物的設(shè)計模型

經(jīng)編提花間隔織物的工藝設(shè)計是由各把梳櫛的墊紗設(shè)計、穿經(jīng)設(shè)計和賈卡意匠設(shè)計構(gòu)成，因此需要建立三者的數(shù)學(xué)模型來指導(dǎo)計算機(jī)進(jìn)行經(jīng)編提花間隔織物的輔助設(shè)計。

2.1 墊紗設(shè)計模型

雙針床拉舍爾提花型經(jīng)編機(jī)的梳櫛橫移機(jī)構(gòu)在機(jī)器的右端，各把梳櫛使用右起自然數(shù)如0，1，2，3…順序標(biāo)注針間間隙［8］。提花間隔織物的墊紗設(shè)計模型與普通經(jīng)編針織物模型［9］不同，在一個編織循環(huán)中，前后針床雖然不是同時編織成圈，但形成的線圈在同一水平橫列，因此同一橫列的墊紗數(shù)碼由4個自然數(shù)表示，中間用“－”連接，其墊紗數(shù)碼數(shù)學(xué)模型采用三維矩陣 FLM4(i，j，4)表示。其中L表示梳櫛數(shù)，M表示一個完全組織的橫列數(shù)，即花高，i∈{1，2，3，4，5，…，L}表示梳櫛編號，j∈{1，2，3，4，5，…，M}表示橫列編號。例如:f(i，j，1)表示第 i把梳櫛在編織第j個橫列時，導(dǎo)紗針在前針床針前橫移的起點(diǎn)處的針間編號;f(i，j，2)表示第 i把梳櫛在編織第 j個橫列時，導(dǎo)紗針在前針床針前橫移的終點(diǎn)處的針間編號;f(i，j，3)表示第 i把梳櫛在編織第 j個橫列時，導(dǎo)紗針在后針床針前橫移起點(diǎn)處的針間編號;f(i，j，4)表示第i把梳櫛在編織第j個橫列時，導(dǎo)紗針在后針床針前橫移的終點(diǎn)處的針間編號。各把梳櫛完整的墊紗數(shù)碼數(shù)學(xué)模型如式(1)所示。

用數(shù)組FL(i，j)表示第i把梳櫛在前針床編織第j個橫列時針前墊紗情況;數(shù)組FL'(i，j)表示第i把梳櫛在前針床編織第j個橫列時針背墊紗情況;數(shù)組BL(i，j)表示第i把梳櫛在后針床編織第j個橫列時針前墊紗情況;數(shù)組BL'(i，j)表示第i把梳櫛在后針床編織第 j個橫列時針背墊紗情況。則FL(i，j)=f(i，j，2)－ f(i，j，1)，BL(i，j)=f(i，j，4)－f(i，j，3)，F(xiàn)L'(i，j)=f(i，j，3)－ f(i，j，2)，BL'(i，j)=f(i，j+1，1)－ f(i，j，4)。

第i把梳櫛在前針床編織第j個橫列時的墊紗情況如表2所示。后針床的墊紗情況與前針床判斷方法相同。

表2 梳櫛在前針床墊紗判斷表Tab.2 Lapping of yarn guide bars on front needle bed

2.2 穿經(jīng)設(shè)計模型

穿經(jīng)循環(huán)是指紗線在導(dǎo)紗梳櫛上的排列情況，不同的紗線或排列產(chǎn)生不同的花紋效果［10］。梳櫛的穿經(jīng)循環(huán)模型可采用二維矩陣TLC=t(i，c)表示，其中L表示梳櫛數(shù)，C表示一個完全組織的縱行數(shù)，即花寬，i∈{1，2，3，4，5，…，L}表示梳櫛編號，c∈{1，2，3，4，5，…，C}表示縱行編號。例如，t(i，c)表示第i把梳櫛在第c個縱行的穿經(jīng)情況。各把梳櫛完整的穿經(jīng)設(shè)計模型如式(2)所示。式中:tic∈{* ，A，B，C，D，E，… }，“* ”表示空穿［11］;A、B、C、D、E 等分別代表第 i把梳櫛在第c個縱行所穿的紗線類型［12］。例如穿經(jīng)矩陣代表的穿經(jīng)循環(huán)信息如圖2所示。

圖2 穿經(jīng)循環(huán)Fig.2 Threading design

2.3 賈卡意匠設(shè)計模型

經(jīng)編提花間隔織物設(shè)計的關(guān)鍵是提花面的賈卡意匠圖設(shè)計，不同的意匠顏色代表織物上不同的厚薄效應(yīng)［13］。賈卡意匠設(shè)計模型可用一個二維矩陣JCN=j(c，n)表示，其中C表示花寬，N表示花高的一半(1個賈卡意匠格代表2個編織橫列)，n∈{1，2，3，4，5，…，N}表示縱向意匠格編號;c∈{1，2，3，4，5，…，C}表示橫向意匠格編號。例如，j(n，c)表示賈卡梳在第c個縱行處的第2n－1和第2n個橫列的賈卡信息，賈卡梳櫛完整的意匠設(shè)計模型如式(3)所示。

式中，jcn∈{1，4，8，12}，1 表示紅色厚效應(yīng)，4 和 8 分別表示綠色和藍(lán)色的薄效應(yīng)，12表示白色網(wǎng)孔效應(yīng)。

3 經(jīng)編提花間隔織物CAD設(shè)計

經(jīng)編提花間隔織物最突出的優(yōu)勢是采用無縫連接將不同的織物效應(yīng)部位結(jié)合起來，例如圖3所示的Adidas climachill跑鞋，根據(jù)人體足部特征和運(yùn)動特點(diǎn)由不同的功能區(qū)域?qū)咏M成:鞋頭(圖中A區(qū))和鞋的側(cè)面采用透氣性好的大網(wǎng)孔，在鞋頭的側(cè)面(圖中C區(qū))和后跟(圖中B區(qū))采用密實(shí)的小網(wǎng)孔，鞋頭與鞋底連接部位(圖中D區(qū))用厚薄相間的密實(shí)組織，不同網(wǎng)孔區(qū)的連接部位采用密實(shí)的薄組織(圖中E區(qū))。運(yùn)用賈卡提花工藝可實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)孔區(qū)域的“無縫拼合”，只在腳后跟處縫合，減少縫合工藝。

圖3 Adidas Climachill跑鞋F(xiàn)ig.3 Adidas Climachill sports shoes

鞋材用賈卡提花經(jīng)編間隔織物主要影響運(yùn)動鞋的透氣性能和散熱性能［3］。穿著者在運(yùn)動時，腳部會不停地扭動，致使鞋材用的間隔織物受力壓縮，鞋子中多余的熱量將從水平或垂直方向轉(zhuǎn)向腳的邊緣，如圖4所示。利用賈卡導(dǎo)紗針對劃分的功能區(qū)，進(jìn)行不同大小的網(wǎng)孔組織設(shè)計，可有效地改善鞋內(nèi)微循環(huán)，增強(qiáng)散熱性和透氣性，提高鞋子的舒適度［13］，實(shí)現(xiàn)經(jīng)編提花間隔織物功能性與裝飾性的統(tǒng)一。本文以圖3中所示的提花運(yùn)動鞋為例，劃分的功能區(qū)域分布如圖5所示，介紹經(jīng)編提花間隔織物的CAD設(shè)計方法。

圖4 運(yùn)動鞋熱量分散圖Fig.4 Heat dispersion of sports shoes

3.1 工藝數(shù)據(jù)設(shè)定

機(jī)型RDPJ7/1，機(jī)寬為350 cm，機(jī)號E24，機(jī)速為300 r/min，成品橫密為10.7縱行/cm，成品縱密為16.3橫列/cm，產(chǎn)量為11 m/h，面密度為293 g/m2。

3.2 梳櫛排列

GB2:1-0-1-1/1-2-1-1/1-0-2-2/4-5-4-4/4-3-4-4/4-5-3-3//一穿一空，167 dtex半光滌綸;

GB3:4-5-4-4/4-3-4-4/4-5-3-3/1-0-1-1/1-2-1-1/1-0-2-2//一空一穿，167 dtex半光滌綸;

GB4:2-1-1-0/1-2-2-3//滿穿，33 dtex半光滌綸;

圖5 功能區(qū)域分布Fig.5 Separated functional areas

JB5.1:1-1-1-0/1-1-1-2//一空一穿，156 dtex半光錦綸;

JB5.2:1-1-1-0/1-1-1-2//一穿一空，156 dtex半光錦綸;

GB6:1-1-1-0/0-0-0-1//滿穿，78 dtex半光錦綸;

GB7:1-1-0-0/0-0-1-1//滿穿，78 dtex半光錦綸。

在CAD軟件中，利用建立的設(shè)計模型直接輸入各梳櫛的墊紗數(shù)碼，系統(tǒng)會自動生成墊紗運(yùn)動圖，如圖6所示。并可在前針床、后針床和前后針床之間切換顯示，既方便又高效。

3.3 賈卡意匠設(shè)計

圖5所示的鞋樣中共含有5種功能區(qū)域，不同的區(qū)域需要設(shè)計不同的賈卡組織，每個區(qū)域?qū)?yīng)的賈卡意匠組織循環(huán)如表3所示，最終的賈卡意匠設(shè)計如圖7所示，并且可利用賈卡文字功能直接繪制LOGO 標(biāo)識“Adidas”，方便快捷。

在完成墊紗數(shù)碼、原料規(guī)格和賈卡意匠的設(shè)計后，可利用CAD軟件自動計算出織物的面密度和產(chǎn)量，極大地節(jié)約了工藝人員的計算時間，提高了設(shè)計效率。

4 結(jié)語

1)在深入研究經(jīng)編提花間隔織物的編織原理和賈卡提花原理的基礎(chǔ)上，首次從理論上建立了經(jīng)編提花間隔織物的墊紗數(shù)碼、穿經(jīng)設(shè)計和賈卡意匠設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步完善了經(jīng)編針織物設(shè)計軟件對賈卡提花間隔織物的設(shè)計功能，并通過工藝設(shè)計舉例，驗(yàn)證了該模型的正確性。

表3 各功能區(qū)賈卡組織循環(huán)Tab.3 Jacquard combined units of separated functional areas

圖6 墊紗設(shè)計Fig.6 Lapping design.(a)Lapping movements of front needle bed;(b)Lapping movements of front and back needle beds;(c)Lapping movements of back needle bed

圖7 賈卡意匠圖Fig.7 Jacquard design

2)以鞋材用經(jīng)編提花間隔織物的CAD工藝設(shè)計為例，根據(jù)人體足部特征和運(yùn)動特點(diǎn)進(jìn)行功能分區(qū)，利用Piezo賈卡針對功能區(qū)進(jìn)行不同大小的網(wǎng)孔提花，在賦予傳統(tǒng)運(yùn)動鞋材時尚魅力的同時，有效地改善了鞋內(nèi)微循環(huán)，增強(qiáng)了散熱性和透氣性，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)編提花間隔織物功能性與裝飾性的統(tǒng)一。

［1］ 葉曉華，胡紅，馮勛偉.經(jīng)編間隔織物的應(yīng)用與開發(fā)前景［J］.針織工業(yè)，2005(2):1－3.YE Xiaohua，HU Hong，F(xiàn)ENG Xunwei.Application and development prospect of warp-knitted spacer fabric［J］.Knitting Industries，2005(2):1 －3.

［2］ 繆旭紅.經(jīng)編間隔織物在胸罩中的應(yīng)用與生產(chǎn)［J］.紡織導(dǎo)報，2002(6):33－34.MIU Xuhong.Application and production of warpknitted spacer fabrics for bras use［J］.China Textile Leader，2002(6):33 －34.

［3］ 魏賽男，姚繼明，彭志遠(yuǎn).鞋材用經(jīng)編間隔織物的服用性能［J］.上海紡織科技，2012(11):16－19.WEI Sainan，YAO Jiming，PENG Zhiyuan.Wearing propertiesofwarp-knitted spacerfabricsforshoemaking［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2012(11):16－19.

［4］ 葉曉華.功能性間隔織物的結(jié)構(gòu)與性能研究［D］.上海:東華大學(xué)，2007:32－35.YE Xiaohua.Study on the structure and properties of functional spacer fabrics［D］.Shanghai:Donghua University，2007:32－35.

［5］ 夏風(fēng)林.經(jīng)編間隔織物的抗壓回彈性研究［J］.紡織學(xué)報，2003，24(4):58 －60.XIA Fenglin.Research on the compression resistance of warp knitted spacer fabric［J］.Journal of Textile Research，2003，24(4):58－60.

［6］ 李麗娟，蔣高明，繆旭紅，等.辦公座椅用雙針床經(jīng)編提花間隔織物的設(shè)計［J］.上海紡織科技，2010(7):50－51，54.LI Lijuan，JIANG Gaoming，MIAO Xuhong，et al.Design and making of warp knitted jacquard spacer fabric for office chair use［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2010(7):50 －51，54.

［7］ 張姿葉，蔣高明，叢洪蓮，等.經(jīng)編賈卡提花間隔織物編織工藝探討［J］.紡織導(dǎo)報，2010(2):56，58－60.ZHANG Ziye，JIANG Gaoming，CONG Honglian，et al.Knitting techniques of warp-knitted jacquard spacer fabrics［J］.China Textile Leader，2010(2):56，58 －60.

［8］ JIANG G M，F(xiàn)ENG X.A simulation model of lace made on a multibar raschel machine［J］.Fibers＆ Textiles in Eastern Europe，2008，16(2):58－60.

［9］ 叢洪蓮，李秀麗，張愛軍.經(jīng)編提花毛巾織物的設(shè)計與三維仿真［J］.紡織學(xué)報，2013，34(4):131－136.CONG Honglian，LI Xiuli，ZHANG Aijun.Design and 3-D simulation of warp-knitted jacquard towel fabrics［J］. JournalofTextitle Research， 2013，34(4):131－136.

［10］ 蔣高明，顧璐英，董智佳，等.經(jīng)編無縫筒形織物的計算機(jī)輔助設(shè)計［J］.紡織學(xué)報，2011，32(1):140－144.JIANG Gaoming，GU Luying，DONG Zhijia，et al.Computer-aided design for warp-knitted seamless tubular fabrics ［J］.Journal of Textitle Research，2011，32(1):140－144.

［11］ 雷惠，叢洪蓮，張愛軍.雙針床短毛絨織物的CAD設(shè)計與仿真［J］.紡織學(xué)報，2013，34(7):132－136.LEI Hui，CONG Honglian，ZHANG Aijun.CAD design and simulation of double-needle bar short pile fabrics［J］. JournalofTextitle Research， 2013，34(7):132－136.

［12］ 蔣高明.賈卡經(jīng)編針織物CAD理論研究［J］.針織工業(yè)，2002(6):27 －29，97.JIANG Gaoming.A theoretical study on the CAD technique for jacquard warp-knitted fabrics［J］.Knitting Industries，2002(6):27 －29，97.

［13］ 李敏潔，叢洪蓮.鞋材用經(jīng)編間隔織物的生產(chǎn)［J］.上海紡織科技，2010(5):26－28.LI Minjie，CONG Honglian.Production of warp-knitted spacer fabric for shoes［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2010(5):26－28.