發光聚合物光纖針織服裝的設計與開發

晏棲云

（商丘職業技術學院，河南 商丘 476000）

聚合物光纖（POF）由于它不受電磁干擾，重量輕、柔韌且呈纖維形式且成本相對較低，因此非常適合集成于紡織品，以增強織物的智能特性。從設計的角度來看，POF 具有一些有趣的特性。由于它是透明的，所以當集成到紡織品結構中時，照明元素在一定程度上是隱藏的，無需在設計中刻意隱藏，不發光時，織物的外觀與普通織物無異。目前研究人員和設計師在編織結構中利用它來創造引人注目的紋理，將 POF 織物與絲網印刷等其他紡織工藝相結合，進一步提高設計的復雜性。在 POF 織物的設計中，研究人員成功地將纖維作為緯線（水平）紗線整合到編織結構中，纖維與經紗（垂直）交織，從而保持在紡織品結構中。這種技術雖然成功地將POF 集成到了紡織品結構中，但它們限制了用此種材料進行服裝設計可能性。編織POF 織物不能被切割成為成型的衣片，因為這會破壞整個織物上的光傳輸，而且織物無法像傳統織物那樣懸垂，這進一步限制了它的潛力，POF 的上述特性使得生產緊身發光服裝頗為困難，其他方面如剛度和纖維的非彈性性質等也會對服裝的形狀產生負面影響。此外，鑲嵌POF 限制了針織物的延展性，因為針織物的延展性是通過環狀結構實現的。

1 發光POF 服裝的設計限制

POF 織物的一些獨特特性，使其融入服裝制作過程變得更加復雜，POF 發光服裝使用的經常是將POF 垂直加入到織物中去。其原因可以通過對Urban Glow 連衣裙的分析來加以說明。在 Urban Glow 作品中，POF 織物用于寬松的懸袖。由于 POF 需要在織物邊緣連接光源，因此垂直加入POF更實用，以便將光源隱藏在服裝中。垂直加入POF 的另一個原因是織物的方向會影響服裝的懸垂性。這在傳統的圖案切割中可以看到。例如，斜裁服裝（從經線或緯線旋轉 45 度）會使衣服更好地貼合身體曲線。對于POF 而言，剛度是指機織織物在平行于POF 的方向上可以輕松折疊，但不能在垂直于POF的方向上折疊，因此必須將織物定向為POF 垂直加入，以便將織物收攏并縫合到服裝上。水平加入POF 會導致衣服的一部分發生了形狀改變。

目前，服裝設計領域僅限于在矩形面板中使用POF，為了創造彎曲接縫的外觀，相鄰的織物衣片會設計彎曲邊緣，然后將其放置在POF 織物上，充當框架，這會導致衣服下側的織物過多，可能會引起不適或有損衣服的外觀。

針織面料可以針織成樣片形狀，從而解決圖案裁剪限制的潛力，由于面料無須裁剪，編織成型可以減少使用框架方法編織的 POF 服裝中存在的多余織物，從而設計出更貼身的服裝。

通過使用鑲嵌技術將POF 集成到針織物的技術。在這種技術中，POF 交織在針織線圈之間。由于鑲嵌技術將 POF 交織在針織環之間，而不是將其拉過針織環，因此POF 受到的力較小，從而減少了對纖維的損壞程度。

鑲嵌技術常用于緯編針織物，在緯編中POF 可以分段集成，或與蛇形形狀的連續POF 結合在一起。連續POF 的一個挑戰是每行必須間隔得更遠，以防止急彎造成損壞，使整個織物的發光效果稀疏。雖然鑲嵌可以用于機器編織，但因為纖維不能很好地固定在針織結構中，每根垂直插入的紗線都必須通過單獨的喂紗器喂入，這限制了可以插入針織物的POF 股線的數量，達不到創造大面積發光效果。

2 研究假設

通過對現有 POF 研究的分析，本研究有兩個研究假設：一是 POF 可以集成到環狀結構中，同時仍能產生發光織物。先前的研究強調需要盡量減少損壞，并通過嵌入光纖以防止過度彎曲來做到這一點。二是一旦確定了編織 POF 的技術，就應該可以使用成型的針織織物面板設計緊身針織 POF 服裝通過管理織物的拆卸張力，將 POF 包含到針織結構中。

3 研究方法

設備：Wealmart 工業手搖7 針距針織機。

面料：腈綸紗2/15 nm。

0.25mm PMMA 聚合物光纖作為最小彎曲半徑。

研究分為兩部分，一是針織POF 結構的開發，二是針織POF 服裝的設計與生產。針織POF 針織結構的開發探索了不同針織結構對針織物POF 發光的影響，找到最佳張力設置和編織速度，以降低POF 斷裂的風險。對不同的針織POF 織物結構進行了實驗，以找到一種方法來減少POF 與金屬表面（例如針）的接觸，并最大限度地減少POF 緊密環的數量。

4 確定編織聚合物光纖的技術

4.1 建立基本的POF 編織方法

實驗的起點是一個全針羅紋結構，POF 可以編織到結構中，但環狀結構會造成過多的嚴重損壞，從而阻止光沿纖維的傳播。為了減少嚴重損壞，必須減少POF 的循環次數。所采取的方法是在單針床上編織POF，而在雙針床上編織腈綸紗線。這樣一來，POF 可以頻繁浮線編織，但整體針織物將類似于單床平針織結構。盡管六個相鄰的針通常是連續浮動的最大數量，但浮動長度為5～9 個相鄰的針，POF 可以成功地集成到針織結構中（圖1為針織POF 織物的針設置）。

POF 的針腳三角設置為略高于腈綸紗線的值，腈綸為11，POF 為13。較高的針跡凸輪值對應較長的線圈長度。針跡凸輪設置過低或過高都會導致玻璃纖維的損壞程度更高，而針跡凸輪設置對羊毛/腈綸紗線沒有顯著影響。通過兩種不同的線圈三角設置，可以保持主針織物（腈綸紗線）的外觀，同時在不太可能造成POF 嚴重損壞的設置下編織纖維。POF 的針腳凸輪值僅增加了2，不會導致兩個針床的拉線張力出現顯著不平衡，從而導致線圈形成問題。POF 針織在后床上，而腈綸紗針織在前床（早期試驗發現前床無法牢固地固定POF 環）。為了產生密集的發光區域，使用的圖案是在兩個床上使用兩道腈綸紗線，然后僅在后床上編織兩道POF（圖2 為針織結構圖）。這種圖案旨在讓纖維附著在主織物上，而不是將POF 編織為單獨的層，兩層腈綸紗使POF層間隔很近。兩道工序的最小值是由于機器的限制，需要將托架返回機器右側以切換喂紗器，可以增加丙烯酸路線以改變POF 路線之間的距離。

4.2 光源連接

在針織物結構設計中需要考慮的POF 的另一個方面是光源連接。POF 需要延伸到織物的寬度之外，以便將其捆綁并連接到光源上。為了實現這一點，在織物邊緣添加了一個額外的窄針織部分（圖3），針織的“廢料”部分與主POF 針織物間隔開，以將POF 延伸到主織物的寬度之外，以創建松散、浮動的POF 部分用于捆扎。“廢料”由一個3 針寬的單床背床針織部分組成，放置在遠離主織物邊緣20 針或更遠的地方。在主織物起針后，廢料部分將單獨起針，這些部分的拉力通過爪形墜保持。

5 POF 針織服裝設計

5.1 成型針織POF 片

用插肩袖針織套頭衫測試POF 針織物的塑形能力，POF針織部分被放置在服裝前片的成型區域，作為橫跨胸部的寬水平條帶。使用“5×1”POF 針設置圖案，使用兩道腈綸紗到兩道POF 的圖案。需要解決的關鍵因素是在成形針織件中包含額外的廢料部分。廢料部分在針織過程的后期起針，并納入服裝的成型中。織物邊緣的三針移至后針床，成為廢段，而相鄰的針跡則按定型花樣移入。一旦廢料部分和主織物之間的距離達到20 針長，POF 就可以編織到織物片中。織物的邊緣添加了額外的重量以保持足夠的織物剝離力。廢料部分沒有移入，因為沒有必要保持POF 浮子的長度一致，只需最小長度即可。將更長的POF 束修剪成所需的長度會更有利。

5.2 服裝組合

服裝的其他部分：背部、袖子、領子和腰帶，均未使用POF 編織。首先將纖維粘合成束并修剪掉多余的紗線。前片的POF 部分包括兩側的兩個束（圖4）。使用兩個較小的束減少了該部分中織物的聚集。由于一個LED 發出的光只能到達衣服的中心，所以每側都安裝了一個LED 耦合器。一旦衣服連接在一起，其余的電子設備就會連接起來。LED 耦合器連接到POF 束，并將電線焊接在一起，以將LED 連接到放置在腰帶中的電池上（圖5）。

針織POF 套頭衫（圖6）展示了POF 在針織結構中使用時的設計可能性。對于紡織品設計而言，與鑲嵌POF 相比，針織POF 可創造出更具質感的發光織物，對于后續進一步探索針織結構的操縱及其對發光圖案的影響提供了可能。

對于時裝設計而言，能夠制作成型的POF 服裝片減少了對服裝設計的限制。針織技術可與織物成型結合使用，以創造成型織物片，進而可用于制作更合身的服裝。針織結構提供的可擴展性也適用于這個目的。針織POF 具有縱向可拉伸性和橫向少量拉伸性。POF 防止針織物水平收縮的程度與沒有POF 的區域相同。與這個直徑的POF 配對時的織物重量對服裝的形狀沒有太大影響。

結論

針織POF 連肩套頭衫展示了編織聚合物光纖納入合身服裝的能力。創建了一種用于基于紡織品發光的新型紡織品結構，它解決了與鑲嵌POF 相關的纖維滑動和懸垂性差的問題。通過將POF 編織成為成型的織物片，解決了機織POF 服裝的設計局限，通過將更具彈性的織物和成型的服裝片相結合，可以更輕松地制作合身的服裝。

雖然已經設計出針織和組裝針織 POF 服裝的基本技術，但仍有進一步研究的空間。編織技術可以進一步改進，以減少對光纖的嚴重損壞并改善成型衣片的外觀。從設計的角度來看，還有進一步探索POF 針織的空間，并改善織物的物理特性，例如手感、延展性和懸垂性。