整體褶裥機織面料的織造新方法

馬顏雪， 李毓陵， 劉夢佳， 李雅倩， 楊 馨

(1. 紡織面料技術教育部重點實驗室(東華大學)， 上海 201620； 2. 東華大學 紡織學院， 上海 201620)

隨著人們消費水平的提高及對審美追求的增強，紡織服裝市場從傳統的共性消費逐漸轉向差異化消費，越來越多的設計師在紡織產品開發中融入立體結構的概念，增加產品的視覺美感和趣味性，以滿足消費市場多樣化的需求。機織面料是一種常用的服裝和家紡原料，年產量巨大，但絕大部分是平面結構產品，同質化競爭激烈，產品附加值低，因此，從平面化向立體化發展是提升機織面料創新性的重要途徑之一。褶裥作為一種經典的紡織立體結構，具有顯著的肌理特征，節奏和韻律感強，對時裝、床品、飾品等具有極強的立體裝飾效果[1]。

褶裥面料通常采用裁剪縫制的方法制成，有研究從形態特征角度討論手工褶的肌理和設計特征，用于提升服裝設計的審美性[2]，但這種方法存在生產效率低、人工成本高、縫線處質量不穩定等問題。為避免面料二次加工的弊端，有研究人員提出類似管狀織物的局部雙層褶裥結構[3-5]：徐國平等[6]在局部管狀組織基礎上，采用間斷式停送停卷機構進行褶裥組織創新設計；彭浩凱[7]指出可通過紗線和組織配合及特殊后整理工藝，完成彈力雙層褶裥面料的開發；譚冬宜等[8]利用經二重組織和雙層組織配合，在普通多臂織機上實現了褶裥機織料成形織造。此外，有學者采用氨綸包芯紗與其他非彈性紗間隔排列的緯紗配置，開發具有立體效果的褶裥機織面料[9-10]。國外也有學者對機織褶裥結構進行研究，但主要是對制備設備的改進，所開發的最大褶裥結構寬度僅為6 mm[11]。

機織褶裥織造的相關研究已初步開展，但目前對機織整體褶裥成形機制分析不夠透徹，褶裥效果不明顯，織造效率較低，且品種單一。本文通過探究一次性成形的機織整體褶裥織造技術，提出了具有自適應功能的送經系統，以期突破整體褶裥的高效穩定織造難題，顯著提高褶裥的立體效果。

1 整體褶裥的織造原理與過程

整體褶裥是指織造過程中,在織物的一面形成橫向褶裥,使織物具有一定的立體效果。圖1示出褶裥織物徑向截面結構。根據織物經向截面剖析可知，整體褶裥織物由連接部分和起褶部分組成，其中連接部分是單層織物，起褶部分是以雙層組織為基礎的上下層不等長的結構，從A點到B點，上層起褶長度稱為褶裥長度，下層長度稱為底層長度，且 2層長度差異越大，起褶的立體效果越明顯。

圖1 經向截面結構Fig.1 Cross-sectional shape of filling yarns

在普通雙經軸織造過程中，地軸(下經軸)一般采用主動送經裝置，花軸(上經軸)是被動送經。在整體褶裥織物織造時，上下2層經紗的織口、開口、引緯和打緯之間存在動態運動關系，其成形步驟如圖2所示。可知：在起褶部分織造時，若上下層緯紗按3∶1引緯，下層引1緯后，織口位置保持不變，織機停止送經卷取，而上層的花經持續引緯，上經軸被動送經，隨著上層長度逐漸增大，花經織口不斷向機后移動，但在打緯運動作用下，花經產生往復移動，使得花經張力出現大幅波動。上下2層長度差異越大，經紗張力波動幅度越大，織造無法進行；因此，本文的研究重點是在經紗張力穩定的條件下，以實現整體褶裥機織高效生產。

圖2 整體褶裥成形步驟Fig.2 Steps of integral pleated structure. (a) Beat-up(Ⅰ); (b) Shedding(Ⅰ) and picking(Ⅰ); (c) Beat-up(Ⅱ); (d) Shedding(Ⅱ) and picking(Ⅱ); (e) Beat-up(Ⅲ)

2 機織整體褶裥的高穩定織造技術

為提高整體褶裥的立體效果，保證產品質量和生產效率，根據機織褶裥的織造特點，在普通多臂織機的基礎上，設計了具有自適應功能的送經系統如圖3所示，該系統由彈性后梁和“氣-簧”聯動裝置組成。在普通雙經軸織機上，將花軸的消極送經機構進行改進，在拉簧、氣缸等簡單力學原件的作用下，實現雙經軸的異步送經和花軸的自動反轉，通過自動調節張力變化，保持大褶裥織造時的經紗張力相對穩定。

圖3 自適應送經系統示意圖Fig.3 Diagram of self-adaptive warp let-off system

2.1 彈性后梁設計

在花軸的后梁上安裝壓縮彈簧，彈簧一端與后梁相連，另一端固定在機架上，將常規固定的后梁變成彈性后梁，其示意圖如圖4所示。經紗從花軸退繞出來經過后梁，在起褶部分織造過程中，隨著上層經紗張力的變化，壓縮彈簧的壓縮量發生變化，可緩解打緯引起的花經張力瞬間上升。當經紗張力變大時，后梁向右壓縮彈簧，經紗張力相應減少；當經紗張力變小時，彈簧推動后梁向左，經紗張力相應增大，從而在上下層長度差異不大的褶裥織物織造時，對花軸的經紗張力波動起到一定調節作用。

圖4 彈性后梁裝置示意圖Fig.4 Diagram of elastic rear beam

2.2 “氣-簧”聯動裝置設計

隨著起褶部分上下層長度差異的不斷增加，彈性后梁的經紗張力調節作用已無法滿足織造時經紗的張力要求，因此，設計了“氣-簧”聯動裝置，如圖5所示。該裝置通過收緊因花經織口回退而導致的松弛經紗，達到保證開口清晰，消除糾纏斷頭目的。在起褶部分的上層織造時，下層經紗停止送經，上層經紗被動地從上經軸送出，隨著上層起褶長度不斷增加，開口時經紗張力逐漸增大，但是打緯時鋼筘推著緯紗和上層經紗向前移動，使上層經紗產生松弛。當經紗張力變大時，彈性后梁連接的彈簧向右壓縮，同時向花經織口釋放出部分經紗，起到一定調節張力作用，“氣-簧”聯動裝置中的彈簧拉伸變形，氣缸壓縮，花軸與皮帶一起逆時針旋轉，送出部分經紗，起到降低經紗張力的作用；當經紗張力瞬間降低時，彈性后梁連接的彈簧向左推動，從花經織口回收部分經紗，同時“氣-簧”聯動裝置中的彈簧也回縮，氣缸拉伸，通過皮帶帶動花軸順時針旋轉，進一步回收一部分經紗，從而使花經織口處的經紗保持一定張力，處于張緊狀態。通過調節氣缸的壓力，可調節經紗張力和經紗的回縮量。氣缸的彈性調節還避免了打緯時的剛性沖擊，且增加了經紗回退量。此外，通過花軸套筒設計，增大了皮帶與花軸的摩擦力，使二者不存在相對運動，花軸在氣缸與彈簧的共同作用下，隨著花經織口的往復移動，實現自適應的送經和一定量的回退。

圖5 “氣-簧”聯動裝置示意圖Fig.5 Diagram of air cylinder and spring linkage

3 機織整體褶裥織造裝置設計實踐

為驗證本文研發的自適應送經系統在機織整體褶裥織造過程中的有效性，以ZAX-N系列噴氣織機的送經機構改進為例，展示其主要零部件設計及整體褶裥織造效果。

3.1 標準件規格選擇

噴氣織機的標準件主要包括拉伸和壓縮彈簧、氣缸以及調壓閥。在充分考慮氣缸調節作用及其安裝位置、經濟成本等因素后，選擇氣缸動程為 25 mm，缸徑為40 mm,調壓閥型號為BR4000。根據彈簧的安裝空間及工作力大小，確定彈簧規格如表1所示。

表1 彈簧規格Tab.1 Spring specification

3.2 機械件設計

根據自適應送經裝置的特點及ZAX-N型噴氣織機設備的特點，利用Auto CAD軟件和UG4.0設計軟件對機械件進行設計，主要包括機架、橫梁和花軸套筒。

3.2.1機架設計

機架的主要作用是托撐花軸，以保證機架的整體穩定。圖6示出機架設計圖：在機架中間設計支撐鋼板，起加固作用；鋼板上設計孔眼，用于與橫梁的連接。

圖6 機架設計圖Fig.6 Design of body frame

3.2.2橫梁設計

橫梁是整個送經裝置的重要組成部分，用于拖持后梁。由于經紗張力受后梁高度的影響，設計時將花軸后梁兩端的軸套倒置安裝在橫梁槽內，以降低花軸后梁高度。圖7示出橫梁設計圖。圖中：位置1處的矩形槽用于后梁安裝，后梁軸套可在壓縮彈簧的作用下沿孔眼運動，以調節經紗張力；位置2處的孔眼用于壓縮彈簧一端的擋板安裝；位置3處是彈簧拉架，均勻排列的小孔用于彈簧個數調節，以適應不同品種的褶裥織物織造。

1—矩形槽； 2—孔眼； 3—彈簧拉架。圖7 橫梁設計圖Fig.7 Design of beam

3.2.3花軸套筒設計

在“氣-簧”聯動裝置對花軸經紗張力調節作用下，為防止皮帶與花軸之間的相對運動，特別設計了花軸套筒，利用凹槽設計，限制皮帶的滑落和移動。圖8示出其設計圖，套筒邊緣分布著圓形小孔，起到固定作用，防止套筒與花軸的相對轉動。

圖8 花軸設計圖Fig.8 Design of upper warp beam

3.2.4整體褶裥機織物織造的經紗張力分析

采用研發的自適應送經系統，設計開發了系列機織整體褶裥織物。以整體褶裥的色織織物為例，介紹其織造情況。整體褶裥織物的組織圖由蜂巢組織和雙層組織配合而成，如圖9所示。其中：連接部分采用蜂巢組織(見圖9(a))，圖中黑色方框表示蜂巢組織的經組織點，具有豐富的外觀紋理；而起褶部分以雙層組織為基礎(見圖9(b))，上層與下層的緯紗配比是3∶1，均采用方平組織。圖9(b)中黑色方格表示雙層組織中上層的經組織點，黑色圓圈表示雙層組織中下層的經組織點。在一個完整的組織循環中，蜂巢組織循環 3次，上下層不等長的雙層組織循環11次或34次，形成不同立體效果的起褶結構。

圖9 整體褶裥織物的組織圖Fig.9 Weave structure of integral pleated fabrics.(a) Nest weave of connecting part; (b) Unequal length double layer weave of pleating part

原料選擇及織造上機參數如表2所示。

表2 原料及織造參數Tab.2 Material selection and weaving parameters

圖10示出機織整體褶裥織物實物圖。由于上下層不等長的雙層組織循環次數分別為11次和 34次，形成2種長度的起褶結構，經測量，織物的褶裥長度分別為 8 mm和23 mm。在實際應用過程中，褶裥長度可根據設計需求自由變換，目前所研發的自適應送經系統可織造的最大褶裥長度為23 mm，具有較強的立體效果。

圖10 機織整體褶裥織物實物圖Fig.10 Integral pleated woven fabric

在該織物織造過程中，采集地軸和花軸不同區域的經紗張力值，以測試所研發的自適應送經系統是否具有張力調節作用。表3示出采集連續50 s內不同區域經紗的300個張力值平均值。可知：在非褶裥部分織造時，地經張力基本維持在 40 cN左右；在褶裥部分織造時，地經停止送經，但受花經打緯時鋼筘往復移動的影響，張力在45 cN上下波動；褶裥部分織造時的花經張力波動略大，但整個織造過程的張力在 20 cN上下浮動，可滿足褶裥織造要求，說明本文設計的自適應送經系統起到了較好的張力調節作用，保證了整體褶裥的順利高效織造。

表3 經紗張力波動情況Tab.3 Variation of warp tension

4 結束語

通過對機織整體褶裥的成形原理和過程深入分析，明確了整體褶裥織造過程中的技術難點。在此基礎上，創新研發了具有自適應功能的送經系統，并設計了相應的主要零部件，有效地控制了整體褶裥織造過程中的張力波動，實現了機織整體褶裥的高效穩定織造，且突破了整體褶裥起褶寬度的限制，增強了褶裥立體效果。

FZXB

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