單經(jīng)雙緯組合全顯色提花織物的結(jié)構(gòu)交織平衡特征

陸爽懌，周 赳

(浙江理工大學(xué) 浙江省絲綢與時尚文化研究中心，浙江 杭州 310018)

機(jī)織物滿足交織平衡的方式主要包括2種，一是調(diào)整織造時織機(jī)的控制機(jī)構(gòu)與參數(shù)[1-2]，二是調(diào)整緊度[3]或交織次數(shù)保持近似的組織結(jié)構(gòu)[4-6]。前者忽略了組織結(jié)構(gòu)這一提花織物之間相互區(qū)分的根本特征，具有經(jīng)驗性;而后者通過直接干預(yù)組織結(jié)構(gòu)的選擇，間接調(diào)控紗線的縮率，從而量化交織平衡特征，具有嚴(yán)謹(jǐn)性。

除紗線原料以及工藝參數(shù)等影響因素外，經(jīng)緯交織提花織物結(jié)構(gòu)的交織平衡特征是影響其批量織造過程穩(wěn)定性的關(guān)鍵[5]，若經(jīng)或緯系統(tǒng)的交織次數(shù)相對恒定，則該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為交織平衡；若交織次數(shù)相差很大，則該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為交織不平衡。對于傳統(tǒng)單一平面設(shè)計模式，當(dāng)結(jié)構(gòu)交織不平衡時，可直接單獨替換組織以重新達(dá)到結(jié)構(gòu)交織平衡；對于分層組合設(shè)計模式，組織庫一旦確定便無法中途對單個組織進(jìn)行修改，只能整體重新調(diào)整組織庫。這與單一平面設(shè)計模式下的組織設(shè)計與修改方式完全不同，因此，必須在組織庫的設(shè)計和應(yīng)用過程中進(jìn)行優(yōu)化，以統(tǒng)籌解決交織平衡問題[7]。

全顯色組合結(jié)構(gòu)是分層組合設(shè)計模式下由若干單層結(jié)構(gòu)組合后形成的背襯結(jié)構(gòu)中的一類[8]，源于傳統(tǒng)提花織物的重緯結(jié)構(gòu)。在單經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型下，因全顯色技術(shù)點的存在，2組緯紗在織物表面同時顯色，全顯色組織隨意匠灰度的變化順序一一對應(yīng)[9]配置，因而織物表面表現(xiàn)非遮蓋的影光漸變效果，可用于無彩和雙彩數(shù)碼提花織物設(shè)計。

分層組合設(shè)計模式下，前期通過實踐發(fā)現(xiàn)組織庫設(shè)計與應(yīng)用影響結(jié)構(gòu)交織平衡，單層結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮單層結(jié)構(gòu)的平衡點與交織平衡[10]。目前相關(guān)文獻(xiàn)存在通過計算組合全顯色組織交織次數(shù)說明結(jié)構(gòu)交織平衡特征被滿足的闡述[11]，有為結(jié)合肌理組織與全顯色組合結(jié)構(gòu)而使用平紋組織包邊并使圖案素材平衡布局的設(shè)計方法[12]，也有為規(guī)范化結(jié)合組合全顯色結(jié)構(gòu)與紋理組織而通過遞增擴(kuò)展紋理組織的循環(huán)數(shù)使交織次數(shù)保持不變的設(shè)計方法[13]；但當(dāng)前有關(guān)量化判斷全顯色組合結(jié)構(gòu)交織平衡特征的實驗與相關(guān)研究較少。本文基于三原組織的交織平衡特征，提出了單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計原理與方法，通過統(tǒng)計組合全顯色組織與組合結(jié)構(gòu)圖的交織次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，為組合全顯色數(shù)碼提花織物的交織平衡分析預(yù)測以及織造效率的提升提供借鑒，同時為分層組合設(shè)計模式下,具有結(jié)構(gòu)交織平衡特征的提花織物程序化自動設(shè)計打下基礎(chǔ)。

1 設(shè)計原理

在經(jīng)緯交織的機(jī)織物中，1次交織表示在1個完全組織中，每根經(jīng)(緯)紗與緯(經(jīng))紗交織，由浮到沉，再由沉到浮的規(guī)律。1個完全組織中區(qū)分經(jīng)緯向系統(tǒng)所形成的若干“1次交織”的次數(shù)則表示經(jīng)向或緯向交織次數(shù)。

提花織物品種繁多，組織結(jié)構(gòu)主要有單層、重緯、重經(jīng)和雙層4種基本類型[14]。相鄰顯色紗線間的遮蓋特征是傳統(tǒng)提花織物的顯著特征。各類提花織物使用的組織結(jié)構(gòu)源于三原組織及其組合變化[7]，三原組織包括平紋組織、斜紋組織和緞紋組織。1個組織循環(huán)內(nèi)，因三原組織相鄰經(jīng)(緯)紗只有1個交織點，故相互間交織平衡，但表示相應(yīng)組織點位置關(guān)系的組織飛數(shù)S，作為主導(dǎo)組織中相鄰紗線間是否發(fā)生滑移[15]從而導(dǎo)致遮蓋效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)，也影響結(jié)構(gòu)交織平衡。

以經(jīng)紗循環(huán)和緯紗循環(huán)均為10作為實例，繪制了平紋、5枚緯面斜紋以及5枚緯面緞紋的組織圖，如圖1所示，分析相鄰2緯在織物表面的并列特征。

圖1 三原組織實例

右下角為起始點，使用EAT DesignScope victor軟件對平紋、5枚緯面斜紋以及5枚緯面緞紋的第1、2緯在10根經(jīng)線、2根緯線的局部循環(huán)下的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，經(jīng)紗為黑，緯紗為白，如圖2所示。

圖2 三原組織第1、2緯與經(jīng)紗交織結(jié)構(gòu)仿真圖

由圖2可見，1個組織結(jié)構(gòu)循環(huán)內(nèi)，使用平紋組織織造時，因飛數(shù)S為±1，任意隔經(jīng)交織處均表達(dá)非遮蓋效應(yīng)，如圖2(a)方框所示，相鄰2根經(jīng)紗上的甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色，定義為平紋效應(yīng)；使用5枚緯面斜紋組織織造時，因斜紋組織的經(jīng)緯向飛數(shù)S為1或-1，必在隔經(jīng)交織處產(chǎn)生類似平紋組織的非遮蓋效應(yīng)，如圖2(b)中方框所示，即說明某相鄰2根經(jīng)紗上必出現(xiàn)甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色的特征，且同一循環(huán)內(nèi)與方框毗鄰的其他經(jīng)紗上出現(xiàn)甲、乙緯共同顯色的特征，定義為斜紋效應(yīng)；使用5枚緯面緞紋組織織造時，因緞紋組織的經(jīng)緯向飛數(shù)S不為1或-1，導(dǎo)致織物表面某相鄰2根經(jīng)紗上無法實現(xiàn)甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色與固結(jié)的特征，相鄰緯紗出現(xiàn)滑移并可能導(dǎo)致一定程度的遮蓋，定義為緞紋效應(yīng)。

使用分層組合設(shè)計模式形成單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物的流程圖如圖3所示。需有2個單色灰度圖層并適當(dāng)處理，其中單色灰度層可獨立存在或源于數(shù)碼圖，后將基礎(chǔ)、配合全顯色組織一一對應(yīng)鋪入2個單層結(jié)構(gòu)圖中，再將2個單層結(jié)構(gòu)按照1∶1組合形成組合結(jié)構(gòu)圖，最終選用紗線上機(jī)織造。因單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)使用緞紋組織作為主要基本組織，且無法中途對組織庫中的組織進(jìn)行修改替換，若需優(yōu)化設(shè)計具有結(jié)構(gòu)交織平衡特征的組合全顯色數(shù)碼提花織物，則選用的組合結(jié)構(gòu)必須具有斜紋效應(yīng)，同時組合結(jié)構(gòu)中任意經(jīng)紗與緯紗交織次數(shù)應(yīng)保持一致。

圖3 單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物設(shè)計流程圖

2 設(shè)計方法

2.1 確定初始組織和設(shè)計全顯色技術(shù)點

基本組織選用16枚3飛緯面緞紋，基礎(chǔ)組織的初始組織起始經(jīng)組織點為(1,1)，配合組織的初始組織起始經(jīng)組織點為(10,1)，由此可對應(yīng)獲得各自全顯色技術(shù)點，如圖4所示。

圖4 基礎(chǔ)組織、配合組織的初始組織及各自全顯色技術(shù)點

2.2 形成組織庫的過渡方式

首先，組織點過渡速率確定為16，即每次過渡都在上個組織的16個經(jīng)組織點的同側(cè)同位置增加16個經(jīng)組織點。

其次，因橫向過渡設(shè)計所得組織庫適宜于緯重結(jié)構(gòu)，經(jīng)向過渡設(shè)計所得組織庫適宜于經(jīng)重結(jié)構(gòu)[16]，斜向過渡設(shè)計所得組織庫易影響織機(jī)平穩(wěn)織造，且對數(shù)碼圖像的表達(dá)欠佳[17]。基于單經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型，本文設(shè)計組織點過渡方向為橫向過渡。

再次，設(shè)計具體過渡方式。從初始組織的經(jīng)組織點開始，將同一根緯紗與右側(cè)相鄰經(jīng)紗交織點處的緯組織點修改為經(jīng)組織點，直至首次遇到全顯色技術(shù)點后，返回初始組織的經(jīng)組織點位置，將同一根緯紗與左側(cè)相鄰經(jīng)紗交織點處的緯組織點修改為經(jīng)組織點，直至再次遇到另一個全顯色技術(shù)點，越過，直至過渡成為最后的經(jīng)面全顯色技術(shù)點組織。緯組織點連續(xù)減少可保證大部分組合組織的經(jīng)緯向交織次數(shù)始終不變。

最終，設(shè)計所得基礎(chǔ)組織與配合組織的全顯色組織庫如圖5、6所示。每個組織庫中具有14個全顯色組織，即對應(yīng)14級漸變信息，由此可形成的組合組織共有142=196個，理論上說明在織物表面具有非遮蓋效果結(jié)構(gòu)信息的最大值為196。

圖5 基礎(chǔ)組織全顯色組織庫

圖6 配合組織全顯色組織庫

2.3 結(jié)構(gòu)交織平衡的組合結(jié)構(gòu)選用及驗證

為盡可能在結(jié)構(gòu)交織平衡特征下表達(dá)更多層次的灰度漸變，借鑒單層結(jié)構(gòu)中基本組織作為最小交織次數(shù)統(tǒng)計單元的方法，在單經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型下，組合組織是交織次數(shù)統(tǒng)計的最小單元。當(dāng)使用白色經(jīng)紗，黑、白色緯紗依序交替織入的工藝條件時，于基礎(chǔ)組織庫和配合組織庫中均優(yōu)選第1～12個全顯色組織，以“第1個基礎(chǔ)全顯色組織與第12個配合全顯色組織組合、第2個基礎(chǔ)全顯色組織與第11個配合全顯色組織組合……第12個基礎(chǔ)全顯色組織與第1個配合全顯色組織組合”的方式對應(yīng)設(shè)計合成12個組合組織，如圖7所示。并依據(jù)從上至下、從左至右的順序為組合組織編號從1至12。組合結(jié)構(gòu)的主要特征有2點：1)各組織中緯浮點(長)均保持連續(xù)，且由此形成的組合組織均近似表達(dá)斜紋效應(yīng)；2)組合結(jié)構(gòu)中任意經(jīng)紗的經(jīng)向交織次數(shù)保持13次。

以圖7所示左上角1號組合組織為例，分析其第1、2緯與經(jīng)紗交織所表現(xiàn)的效應(yīng)，使用EAT DesignScope victor軟件對其第1、2緯與經(jīng)紗的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，如圖8所示。共3部分：1)紅色方框所示的循環(huán)后隔經(jīng)與相鄰甲、乙緯交織的部分，此處相鄰緯紗被固結(jié)；2)黃色方框所示的與第1部分相鄰的甲、乙緯共口顯色部分，2根緯紗并列顯色，互相不遮蓋；3)各經(jīng)紗與甲、乙緯交織規(guī)律相同重復(fù)排布的部分，該部分首尾受前兩部分的固定，甲、乙緯均不滑移。可見，該組合組織表達(dá)斜紋效應(yīng)，依據(jù)12個組合組織圖變化的規(guī)律性，說明任一組合組織內(nèi)相鄰兩緯在織物表面總體現(xiàn)并列非遮蓋效應(yīng)，隨著2組緯紗的緯浮點連續(xù)變化，可表達(dá)一定程度的灰度連續(xù)變化效果。

3 織物試樣與分析

常規(guī)方法中，為表達(dá)意匠圖中更多的灰度級別，將充分利用全顯色組織庫，以圖5所示16枚3飛全顯色組織庫為例。以“第1個基礎(chǔ)全顯色組織與第14 個配合全顯色組織組合、第2個基礎(chǔ)全顯色組織與第13個配合全顯色組織組合……第14個基礎(chǔ)全顯色組織與第1個配合全顯色組織組合”的方式對應(yīng)設(shè)計合成的14個組合全顯色組織將被全部使用，如圖9所示。同理，從上至下、從左至右為組合組織編號為1～14，依據(jù)意匠灰度順序配入單層結(jié)構(gòu)圖，組合后上機(jī)織造。第1號與第14號組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)為15，第2號與第13號組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)為14，其余組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)均為13，另外，組合結(jié)構(gòu)均表達(dá)非遮蓋效應(yīng)。

圖9 常規(guī)14級組合全顯色組織

為比較優(yōu)化方法與常規(guī)方法設(shè)計所得單經(jīng)雙緯組合全顯色組織對織物結(jié)構(gòu)交織平衡的影響，本文設(shè)計了線性橫向、線性縱向及沿半徑方向無彩灰度漸變效果的數(shù)碼圖各1份，圖像大小均為2 400像素×1 600像素，使用浙江巴貝領(lǐng)帶有限公司2 400主紋針的史陶比爾CX870型電子提花龍頭以及蘇爾壽G6300型劍桿織機(jī)織造，劍桿織機(jī)轉(zhuǎn)速為352 r/min，經(jīng)紗張力為80 kg，經(jīng)紗使用55.56 dtex×1白色有光滌綸絲，緯紗使用83.33 dtex×1黑色有光滌綸絲與83.33 dtex×1白色有光滌綸絲，上機(jī)經(jīng)密為1 140根/(10 cm)，上機(jī)緯密為(390×2)根/(10 cm)，選擇14級常規(guī)與12級優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)用于試樣試織，所得線性橫向、線性縱向及沿半徑方向漸變單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物共6塊，下機(jī)花幅為21.05 cm×20.00 cm，使用MICROTEK MRS-3200A3L型掃描儀掃描獲得實物圖，如圖10所示。

圖10 單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花試樣實物圖

經(jīng)向交織次數(shù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差S的計算公式為

式中：IFi為第i根經(jīng)紗的交織次數(shù)；A為經(jīng)向系統(tǒng)平均交織次數(shù)；n為總經(jīng)紗數(shù)。

線性橫向、線性縱向與沿半徑方向灰度漸變意匠圖試樣使用常規(guī)14級組合全顯色結(jié)構(gòu)所得經(jīng)向交織次數(shù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差分別為37.977 6、1.511 9與28.167 6，使用優(yōu)化12級組合全顯色結(jié)構(gòu)所得經(jīng)向交織次數(shù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差分別為6.818 1、1.701 4與2.560 1。由數(shù)據(jù)可見：1)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的使用令試樣的經(jīng)向交織次數(shù)更加集中，故結(jié)構(gòu)交織平衡較好；2)表現(xiàn)線性縱向意匠圖時，二者經(jīng)向離散程度差距較小，同時使用常規(guī)14級組合結(jié)構(gòu)形成面料的經(jīng)向交織次數(shù)離散程度甚至略低于使用優(yōu)化12級組合結(jié)構(gòu)所形成的面料。主要原因是各意匠色之間產(chǎn)生的泥地效應(yīng)，導(dǎo)致完整的全顯色組織在對應(yīng)鋪入后形成殘破組織，從而造成了交織次數(shù)的波動。

當(dāng)設(shè)定上機(jī)總緯密為780根/(10 cm)，使用常規(guī)方法織造線性橫向灰度漸變數(shù)碼意匠圖時，1個花回循環(huán)內(nèi)的梭口狀態(tài)如圖11所示。此時織造中斷，其中，圖片上方為經(jīng)軸側(cè)，下方為成布側(cè)，梭口中部起拱、兩側(cè)下凹，下機(jī)后織物凹凸起伏不平整，細(xì)節(jié)如圖12所示。同時，測算中部與兩側(cè)的下機(jī)緯密分別約為800根/(10 cm)與820根/(10 cm)，并使用EAT DesignScope victor軟件對圖9中1號組合結(jié)構(gòu)的第1、2緯與經(jīng)紗的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬與分析，見圖13所示。其中紅色方框所示部分經(jīng)首尾相接后表達(dá)隔經(jīng)與相鄰甲、乙緯交織特征，此處相鄰緯紗被固結(jié)，而黃色方框所示組合結(jié)構(gòu)因緯浮長較長，具有緯重結(jié)構(gòu)的遮蓋特征，當(dāng)上機(jī)緯密較大時，圖9中與1號組合結(jié)構(gòu)具有相似遮蓋特征的2號、13號和14號組合結(jié)構(gòu)中，第1緯對第2緯形成一定程度的擠壓遮蓋，而圖9中第3至第12號組合結(jié)構(gòu)則表達(dá)近似斜紋效應(yīng)，故造成梭口呈拱形，織造不順利。由此可知，必須基于合適緯紗密度條件，才能更加準(zhǔn)確地判斷交織次數(shù)對結(jié)構(gòu)交織平衡特征的影響。

圖11 拱形梭口

圖12 常規(guī)14級橫向灰度漸變試樣布面細(xì)節(jié)圖

圖13 1號常規(guī)組合組織第1、2緯與經(jīng)紗交織局部仿真圖

使用常規(guī)組合結(jié)構(gòu)與優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)在織造線性橫向、縱向與沿半徑方向3類灰度漸變意匠圖時，織造平穩(wěn)性、梭口狀態(tài)、下機(jī)布面平整性及灰度漸變效果特征見表1。

表1 常規(guī)與優(yōu)化結(jié)構(gòu)試樣布面特征比較

當(dāng)選用任意一類配置模式表達(dá)縱向漸變灰度意匠圖時，織造均平穩(wěn)、梭口均平直，下機(jī)后布面均平整，灰度漸變均均勻。這是由于組合結(jié)構(gòu)呈橫條狀沿經(jīng)向并列排布，使得1個花回循環(huán)內(nèi)的經(jīng)紗交織狀態(tài)接近。

使用優(yōu)化結(jié)構(gòu)用于織造3類意匠圖時，織造平穩(wěn)，梭口平直，布面平整，灰度過渡均勻。原因主要有：1)所用的組合全顯色組織經(jīng)向交織次數(shù)均一致，使3類灰度漸變意匠圖的組合全顯色結(jié)構(gòu)經(jīng)向交織次數(shù)離散程度低；2)組合結(jié)構(gòu)在工藝參數(shù)設(shè)定的上機(jī)緯密下，組合結(jié)構(gòu)中相鄰顯色紗線始終保持并列不遮蓋的斜紋效應(yīng)。

與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，優(yōu)化結(jié)構(gòu)在使用時，意匠色分布的均衡與否對組合結(jié)構(gòu)交織平衡特征的影響微小。

4 結(jié) 論

本文通過設(shè)計實驗驗證了單經(jīng)雙緯組合全顯色提花織物結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計原理與方法的可行性，通過實踐與分析具有以下結(jié)論：1)通過交織次數(shù)判斷織物結(jié)構(gòu)的交織平衡特征具有可行性；2)為保證組合全顯色結(jié)構(gòu)可直接通過交織次數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)交織平衡特征，故上機(jī)緯密應(yīng)進(jìn)行必要調(diào)整，避免在實際織造時出現(xiàn)相鄰顯色紗線表達(dá)遮蓋效果；3)優(yōu)化單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)具有經(jīng)向交織次數(shù)一致以及相鄰兩緯表達(dá)近似斜紋效應(yīng)的特征，這使其表達(dá)各類無彩意匠圖時不受意匠色分布均勻性的影響，拓展了意匠圖的選擇范圍；4)本文提出的單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計方法和結(jié)論可推廣至其他全顯色數(shù)碼提花織物的結(jié)構(gòu)交織平衡特征研究；5)分層組合模式下組織庫結(jié)構(gòu)交織平衡優(yōu)化問題的解決是提花織物結(jié)構(gòu)程序化自動設(shè)計的基礎(chǔ)。

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