經(jīng)編提花間隔織物的計算機輔助設計

李欣欣，蔣高明，張愛軍，叢洪蓮，沙 莎

(江南大學教育部針織技術(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)編機上進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在國內(nèi)外市場備受青睞，產(chǎn)品主要用于高檔提花運動鞋材、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輔助設計的研究仍處于起步階段［6－7］。本文在重點分析經(jīng)編提花間隔織物的賈卡提花原理的基礎上，借助數(shù)學建模和計算機程序設計語言研究了該類織物的計算機輔助設計方法，以期為企業(yè)設計開發(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面的間隔織物。間隔織物的A、B表層分別由至少1把導紗梳櫛在前針床或后針床單獨編織，形成平素密實結(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號，采用成圈型賈卡的三針技術(shù)在后針床進行提花編織，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為不偏(偏移信息H)。雙針床經(jīng)編機在編織同一橫列時，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。

在計算機輔助設計的經(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。為使設計和仿真更簡單，將后針床提花面當作前針床編織面［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設計系統(tǒng)中對應的的意匠顏色如表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計模型

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

2.1 墊紗設計模型

雙針床拉舍爾提花型經(jīng)編機的梳櫛橫移機構(gòu)在機器的右端，各把梳櫛使用右起自然數(shù)如0，1，2，3…順序標注針間間隙［8］。提花間隔織物的墊紗設計模型與普通經(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，導紗針在前針床針前橫移的起點處的針間編號;f(i，j，2)表示第 i把梳櫛在編織第 j個橫列時，導紗針在前針床針前橫移的終點處的針間編號;f(i，j，3)表示第 i把梳櫛在編織第 j個橫列時，導紗針在后針床針前橫移起點處的針間編號;f(i，j，4)表示第i把梳櫛在編織第j個橫列時，導紗針在后針床針前橫移的終點處的針間編號。各把梳櫛完整的墊紗數(shù)碼數(shù)學模型如式(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)設計模型

穿經(jīng)循環(huán)是指紗線在導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 賈卡意匠設計模型

經(jīng)編提花間隔織物設計的關鍵是提花面的賈卡意匠圖設計，不同的意匠顏色代表織物上不同的厚薄效應［13］。賈卡意匠設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計模型如式(3)所示。

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

3 經(jīng)編提花間隔織物CAD設計

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)人體足部特征和運動特點由不同的功能區(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))用厚薄相間的密實組織，不同網(wǎng)孔區(qū)的連接部位采用密實的薄組織(圖中E區(qū))。運用賈卡提花工藝可實現(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動鞋的透氣性能和散熱性能［3］。穿著者在運動時，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。利用賈卡導紗針對劃分的功能區(qū)，進行不同大小的網(wǎng)孔組織設計，可有效地改善鞋內(nèi)微循環(huán)，增強散熱性和透氣性，提高鞋子的舒適度［13］，實現(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設計方法。

圖4 運動鞋熱量分散圖Fig.4 Heat dispersion of sports shoes

3.1 工藝數(shù)據(jù)設定

機型RDPJ7/1，機寬為350 cm，機號E24，機速為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)域需要設計不同的賈卡組織，每個區(qū)域?qū)馁Z卡意匠組織循環(huán)如表3所示，最終的賈卡意匠設計如圖7所示，并且可利用賈卡文字功能直接繪制LOGO 標識“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)設計和賈卡意匠設計的數(shù)學模型，進一步完善了經(jīng)編針織物設計軟件對賈卡提花間隔織物的設計功能，并通過工藝設計舉例，驗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工藝設計為例，根據(jù)人體足部特征和運動特點進行功能分區(qū)，利用Piezo賈卡針對功能區(qū)進行不同大小的網(wǎng)孔提花，在賦予傳統(tǒng)運動鞋材時尚魅力的同時，有效地改善了鞋內(nèi)微循環(huán)，增強了散熱性和透氣性，實現(xiàn)了經(jīng)編提花間隔織物功能性與裝飾性的統(tǒng)一。

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