一體織造成形技術(shù)及其在短裙上的應(yīng)用

蘇 淼，李玥佳，魯佳亮，劉亞楠，虞旭棟

(1.浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院)，浙江 杭州 310018； 2.浙江理工大學(xué) 國際絲綢與絲綢之路研究中心，浙江 杭州 310018)

我國已制定2030年前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，這對紡織行業(yè)綠色發(fā)展形成剛性要求，整個(gè)紡織服裝產(chǎn)業(yè)應(yīng)該凝聚共識，朝著生態(tài)環(huán)保，集約高效的方向發(fā)展，這也是紡織強(qiáng)國應(yīng)有之責(zé)[1]。一體織造成形產(chǎn)品加工工序簡單，加工過程無需縫紉與剪裁，可避免大量資源浪費(fèi)。對該技術(shù)及產(chǎn)品的研究響應(yīng)了國家實(shí)現(xiàn)紡織強(qiáng)國目標(biāo)、推進(jìn)行業(yè)“科技、時(shí)尚、綠色”高質(zhì)量發(fā)展的號召。

目前市場上成形類紡織品大多是針織類產(chǎn)品，機(jī)織類成形紡織品的研究及其應(yīng)用實(shí)例比較少見。機(jī)織成形技術(shù)可分為半織造成形技術(shù)和一體織造成型技術(shù)。關(guān)于半織造成形技術(shù)的研究與應(yīng)用已有實(shí)例，周潔雅[2]通過紋織CAD進(jìn)行數(shù)碼化設(shè)計(jì)，研發(fā)出了一端具有收縮性的矩形織物，將織物兩側(cè)邊縫合后可得到一件傘狀的半裙，為本文一體織造成形短裙的研究帶來啟發(fā)，該技術(shù)雖然減省了一部分縫紉工序，但沒有完全脫離縫紉工序，屬于半織造成形產(chǎn)品，還有優(yōu)化提升的空間。機(jī)織一體成形技術(shù)織出的織物具有立體結(jié)構(gòu)，之后不需要再進(jìn)行任何連接操作。機(jī)織人造血管是利用管狀組織一體織造的較簡單的立體織物，美國新澤西州奧克蘭醫(yī)療研究所[3]開發(fā)出了可移植人造血管，這種人造血管可在電子提花機(jī)上織出無縫的、可變直徑的管子織物，織物直徑雖小，卻需要較高的勞動技術(shù)，所以在提花機(jī)上織造直徑較大的管狀織物會受到技術(shù)和機(jī)器自身的限制而難以實(shí)現(xiàn)。王振永等[4]通過巧妙的設(shè)計(jì)，利用雙層結(jié)構(gòu)和空心袋織將織物分出固結(jié)區(qū)、遮光區(qū)、浮線區(qū)，一體織造生產(chǎn)出展開透光百葉窗簾立體織物，該設(shè)計(jì)擴(kuò)展了機(jī)織產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，為立體織物的一體織造的應(yīng)用開創(chuàng)了新思路。傳統(tǒng)家紡套件是在平面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過平面剪裁再縫紉完成的，呂治家等[5]采用雙層套狀結(jié)構(gòu)，在大提花機(jī)上織造出生態(tài)環(huán)保的一次織造成形家紡套件，對傳統(tǒng)紡織品的生產(chǎn)提供了新方法。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，探討了一體織造成形技術(shù)，將該技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用在短裙生產(chǎn)過程中，經(jīng)過雙層組織、單層組織、水波紋紋樣的設(shè)計(jì)以及經(jīng)緯紗線的選擇過程，得到短裙紋板文件，最后在劍桿織機(jī)上生產(chǎn)出具有立體結(jié)構(gòu)的提花短裙。該提花短裙使用一體織造成形技術(shù)生產(chǎn)，下機(jī)即成品，為紡織服裝行業(yè)帶來新的生產(chǎn)方式和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技術(shù)支持。

1 一體織造成形技術(shù)

1.1 成形原理

互相垂直的一個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)紗和緯紗在織機(jī)上經(jīng)過一定規(guī)律交織可形成單層織物，多個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)紗或緯紗參與交織，可突破單層織物的平面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分層，織物上不僅有單層區(qū)域，還具有雙層(或多層)區(qū)域，從而織物具有立體結(jié)構(gòu)[6]，在織物雙層區(qū)域上進(jìn)行提花設(shè)計(jì)，會增加織物的美感。

下面以一種織物由2個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)紗和緯紗交織的情況：織物上單層區(qū)域和雙層區(qū)域的地部均采用平紋組織，雙層區(qū)域的花部采用四枚緞紋組織，來說明一體織造成形技術(shù)的成型原理。方格圖中縱格代表經(jīng)紗，橫格代表緯紗，“■”和“×”代表經(jīng)組織點(diǎn)，“□”代表緯組織點(diǎn)，●表示里緯織入時(shí)表經(jīng)全部提起[7]，繪制出這種織物簡化的組織圖，組織圖見圖1。

圖1 組織圖Fig.1 Fabric weave

圖1中編號為1、Ⅰ、2、Ⅱ、9、Ⅸ、10的經(jīng)紗位于單層區(qū)域。編號為3、Ⅲ、4、Ⅳ、5、Ⅴ、6、Ⅵ、7、Ⅶ、8、Ⅷ的經(jīng)紗位于雙層區(qū)域，其中編號為3、Ⅲ、4、Ⅳ、5、Ⅴ、6、Ⅵ的經(jīng)紗位于雙層區(qū)域花部，編號為7、Ⅶ、8、Ⅷ的經(jīng)紗位于雙層區(qū)域地部。為了更直觀地說明織物成形原理，將圖1組織圖在EAT織物模擬軟件中模擬出紗線交織的立體結(jié)構(gòu)圖，紗線立體結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 紗線立體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Three dimensional structure diagram of yarn

可以看出，在雙層區(qū)域上層時(shí)，里經(jīng)全部下沉，表經(jīng)與表緯進(jìn)行交織。在織造雙層區(qū)域下層時(shí)，表經(jīng)全部提起，里經(jīng)和里緯進(jìn)行交織，實(shí)現(xiàn)了在織物特定區(qū)域立體成形。

1.2 成形關(guān)鍵因素

通過研究前人一體織造成形立體織物實(shí)例，可以發(fā)現(xiàn)：人造血管織物選用的織物組織是管狀組織；展開透光百葉窗簾面料選用的織物組織是雙層組織；一體織造成形家紡套件織物是單層組織配合使用雙層組織。

紡織產(chǎn)品織造過程中能否一體成形，關(guān)鍵在于織物組織設(shè)計(jì)。當(dāng)織物只使用單層組織時(shí)，只能織出單層的平面結(jié)構(gòu)織物。當(dāng)織物只使用雙層組織并設(shè)有接結(jié)點(diǎn)時(shí)，只能織出雙層的平面結(jié)構(gòu)織物。只有當(dāng)織物使用非單層或非單一的織物組織時(shí)，織物才具備分層的條件，形成立體結(jié)構(gòu)。以上織物組織設(shè)計(jì)與織物結(jié)構(gòu)之間對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 織物組織設(shè)計(jì)與織物結(jié)構(gòu)之間對應(yīng)關(guān)系Tab.1 Corresponding relationship between fabric weave design and fabric structure

1.3 成形方法

利用一體織造成形技術(shù)生產(chǎn)紡織品有多個(gè)步驟，一體織造成形技術(shù)生產(chǎn)流程圖見圖3。

圖3 一體織造成形技術(shù)生產(chǎn)流程圖Fig.3 One weaving process production process diagram

一體織造成形方法指導(dǎo)整個(gè)織物的織造生產(chǎn)過程。首先根據(jù)預(yù)期產(chǎn)品織物的形狀，獲得織物尺寸并提取輪廓曲線，同時(shí)選擇合適的紋樣作為織物的單元紋樣，該單元紋樣四方連續(xù)織成的織物上圖案連續(xù)。結(jié)合織物單元紋樣以及輪廓曲線繪制出織物意匠圖，一般是輪廓內(nèi)為雙層區(qū)域，實(shí)現(xiàn)織物分層，輪廓外為單層區(qū)域，使分層的地方進(jìn)行連接。根據(jù)織物尺寸完成小樣參數(shù)的計(jì)算，設(shè)置好紋織CAD中小樣參數(shù)，生成織物的紋板文件。從紗線材質(zhì)、線密度、捻度等方面綜合考慮，選擇織物原料，在工廠完成織造生產(chǎn)。該技術(shù)方法生產(chǎn)的紡織品下機(jī)后無需任何連接操作，即符合預(yù)期尺寸、結(jié)構(gòu)以及紋樣等要求。

2 一體織造成形短裙設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)機(jī)織女裙是經(jīng)過挑選面料、剪裁縫紉等多個(gè)生產(chǎn)工序加工而成，其生產(chǎn)流程較長，制作較復(fù)雜，制造過程中需要消耗大量人力，并產(chǎn)生大量面料邊角的浪費(fèi)。本文嘗試一種將一體織造成形技術(shù)與女裙制作相結(jié)合的生產(chǎn)方法，使用G6300-1900型劍桿織機(jī)(海寧中紡面料科技有限公司)直接將紗線織成短裙。這個(gè)生產(chǎn)方法成功運(yùn)用，可為紡織服裝提供新的生產(chǎn)方式，節(jié)約人力資源、減少原料浪費(fèi)，對紡織服裝行業(yè)的綠色發(fā)展具有重要意義。

2.1 紋樣設(shè)計(jì)

紗線在不同織物組織中的彎曲程度不同，會產(chǎn)生不同收縮，為了減少這種織縮差異，保證織造順利進(jìn)行以及面料均勻度良好，在設(shè)計(jì)短裙紋樣時(shí)應(yīng)盡量使紋樣均勻散布整個(gè)裙面。以水波紋為靈感設(shè)計(jì)出疏密均勻的四方連續(xù)單元紋樣，短裙單元紋樣見圖4。

圖4 短裙單元紋樣Fig.4 Unit pattern of skirt

2.2 工藝設(shè)計(jì)

本文所用劍桿織機(jī)紋針數(shù)為7 680針。短裙織物工藝規(guī)格見表2。

表2 短裙織物工藝規(guī)格Tab.2 Process specification of short skirt fabric

2.2.1 原料的選擇

滌綸長絲具有彈性回復(fù)性好、保形性好、強(qiáng)度較高、不易起皺等優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)紗選用滌綸全拉伸絲。緯紗選用具有彈性的滌綸/氨綸包芯紗，織物緯向具有彈性，省去了在裙子上绱拉鏈的步驟，更加突出本設(shè)計(jì)一體織造成型的特點(diǎn)。夏季炎熱，短裙織物以質(zhì)地輕薄為宜，所以選用的紗線線密度較高。

2.2.2 意匠圖繪制

勾勒短裙輪廓考慮的因素：一是在長度上選擇風(fēng)格較活潑、體感清涼的短裙長度，裙擺到大腿中部；二是在版型上選擇對女性身材包容性較強(qiáng)的A字形短裙。裙腰腰線設(shè)計(jì)在人體腰部最細(xì)處。選擇中間體號型的短裙尺寸規(guī)格為參考[7-9]，短裙結(jié)構(gòu)圖見圖5。

2a—裙腰；2b—臀圍；c—裙長；2d—下擺圍；e—裙腰寬；單位：cm。圖5 短裙結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structural drawing of skirt

短裙小樣參數(shù)設(shè)置。短裙意匠圖上，短裙輪廓內(nèi)是雙層區(qū)域，其余為單層區(qū)域，雙層區(qū)域需左右居中，先計(jì)算短裙雙層區(qū)所需紋針數(shù)，見式(1)：

(1)

式中：B為雙層區(qū)域紋針數(shù)，針；d為腰寬，cm；Pj為經(jīng)向密度，根/(10 cm)。

計(jì)算出B的值為5 500針，修正為5 504針(8的倍數(shù))。劍桿織機(jī)總紋針數(shù)有7 680針，還有2 176針空針，左右單層區(qū)域各有1 088針，數(shù)值剛好為8的倍數(shù)。意匠圖采用展經(jīng)疊緯畫法，經(jīng)紗數(shù)和總紋針數(shù)相同為7 680針。設(shè)計(jì)短裙上下裙邊寬度f各為2 cm，計(jì)算緯紗數(shù)：

L=c+e+f+f

(2)

式中：L為花回長度，cm；c為裙長，cm；e為裙腰寬，cm；f為裙邊寬度，cm。

(3)

式中：M為緯向數(shù)，根；Pw為緯紗密度，根/(10 cm)。

緯紗數(shù)M的值為1 275根，修正為1 280根(8的倍數(shù))。因此設(shè)置意匠參數(shù)：經(jīng)紗數(shù)為7 680根，緯紗數(shù)1 280根，經(jīng)向密度110根/(10 cm)，緯向密度25根/(10 cm)。在浙大經(jīng)緯紋織CAD系統(tǒng)中引入短裙單元紋樣和輪廓圖，繪制出短裙意匠圖見圖6。

圖6 短裙意匠圖Fig.6 Pattern gird of short skirt

2.2.3 織物組織設(shè)計(jì)

織物組織設(shè)計(jì)是女裙一體成形的關(guān)鍵，雙層組織和單層組織配合使用可以織造出滿足本次設(shè)計(jì)要求的立體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)短裙的織物組織時(shí)應(yīng)該考慮組織平均浮長差異，避免經(jīng)紗織縮過大，保證織造的順利進(jìn)行。為了短裙外觀更加美觀，一體織造提花短裙采用反織法織造[10]，短裙成品下機(jī)后里外翻轉(zhuǎn)即可。意匠圖上短裙輪廓區(qū)域內(nèi)使用無接結(jié)雙層組織，甲經(jīng)∶乙經(jīng)=1∶1，甲緯∶乙緯=1∶1，其余區(qū)域使用單層組織。雙層區(qū)域地部使用平紋組織，紗線交織更緊密，可以更好地固結(jié)具有彈性的緯紗，地部組織圖見圖7。緞紋組織做雙層區(qū)域花部組織，緞紋組織結(jié)構(gòu)稀疏，交織點(diǎn)少，緯紗有彈性收縮的空間，地部與花部一緊一松的組織搭配方式可以更好地顯現(xiàn)裙面花紋的效果，花部組織圖見圖8。圖7和圖8中“×”表示表層經(jīng)組織點(diǎn)，“■”表示里層經(jīng)組織點(diǎn)，“□”表示緯組織點(diǎn)。

圖7 地部組織圖Fig.7 Fabric weave of background field

圖8 花部組織圖Fig.8 Fabric weave of pattern field

單層區(qū)域織物密度是雙層區(qū)域上織物密度的2倍，因此兩側(cè)區(qū)域的組織應(yīng)適當(dāng)稀疏。綜合以上考慮，單層區(qū)域使用循環(huán)單元更大的緞紋組織：八枚緞紋，單層區(qū)域組織圖見圖9。圖9中，“■”表示經(jīng)組織點(diǎn)，“□”表示緯組織點(diǎn)。

圖9 單層區(qū)域組織圖Fig.9 Fabric weave of single layer area

在紋織CAD軟件中經(jīng)過建立緯紗排列信息、主紋針軋法說明、組織與組織庫以及輔助針軋法說明等得到紋板文件[11]。

2.3 短裙成品展示

工廠打樣得到提花短裙實(shí)物后，經(jīng)過100 ℃沸水浸泡5 min的后處理過程，短裙面料收縮，具有彈性。短裙實(shí)物圖見圖10。

圖10 短裙實(shí)物圖Fig.10 Photo of skirt. (a) Skirt front; (b) Skirt side; (c) Skirt side seam; (d) Skirt waist detail

后處理使短裙面料上具有獨(dú)特的泡泡縐外觀，面料不黏皮膚、涼感舒適且褶皺感強(qiáng)烈。裙腰處緞紋組織結(jié)構(gòu)稀疏，給彈性緯紗留下了收縮的空間，使得腰間彈性好、不緊繃。短裙側(cè)縫處花紋連接工整，沒有傳統(tǒng)方式生產(chǎn)短裙時(shí)因縫紉工技術(shù)不佳或剪裁不齊，造成花紋拼接不齊的困擾。

3 結(jié) 論

本文從分析一體織造成形技術(shù)的成形原理出發(fā)，總結(jié)出該技術(shù)適用的織物組織，即只有使用非單層或非單一的織物組織時(shí)，織物才能織出立體結(jié)構(gòu)。從組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、紗線選擇、紋樣設(shè)計(jì)三方面對一體織造成形技術(shù)進(jìn)行研究。將該技術(shù)創(chuàng)新性的與服裝生產(chǎn)相結(jié)合，最終在劍桿織機(jī)上生產(chǎn)出一體織造成型的短裙，并得出以下結(jié)論：

①一體織造成形生產(chǎn)方式簡化了短裙生產(chǎn)工序，降低了人工成本，節(jié)省了紡織材料，是一種新的機(jī)織短裙服裝生產(chǎn)方式。

②由于短裙的板型不是本文研究重點(diǎn)，本文只簡單提取了短裙輪廓曲線用于短裙意匠圖繪制，使得成品板型并不完美，在今后研究中，通過在短裙上分區(qū)設(shè)計(jì)織物組織或優(yōu)化短裙輪廓曲線，可使設(shè)計(jì)的短裙更符合人體工學(xué)。

③在材料選擇上，可以選取熔紡氨綸和錦綸做短裙的原料。熔紡氨綸和錦綸的交織混紡織物具有在一定溫度和加熱時(shí)間下能定形的性質(zhì)，可隨意剪裁且裁切邊緣整齊不脫邊。這種材料的使用，將進(jìn)一步簡化一體織造成形短裙的生產(chǎn)工藝流程。