一體織造成形技術及其在短裙上的應用

蘇 淼，李玥佳，魯佳亮，劉亞楠，虞旭棟

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

我國已制定2030年前實現碳排放達峰、2060年前實現碳中和的目標，這對紡織行業綠色發展形成剛性要求，整個紡織服裝產業應該凝聚共識，朝著生態環保，集約高效的方向發展，這也是紡織強國應有之責[1]。一體織造成形產品加工工序簡單，加工過程無需縫紉與剪裁，可避免大量資源浪費。對該技術及產品的研究響應了國家實現紡織強國目標、推進行業“科技、時尚、綠色”高質量發展的號召。

目前市場上成形類紡織品大多是針織類產品，機織類成形紡織品的研究及其應用實例比較少見。機織成形技術可分為半織造成形技術和一體織造成型技術。關于半織造成形技術的研究與應用已有實例，周潔雅[2]通過紋織CAD進行數碼化設計，研發出了一端具有收縮性的矩形織物，將織物兩側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，該技術雖然減省了一部分縫紉工序，但沒有完全脫離縫紉工序，屬于半織造成形產品，還有優化提升的空間。機織一體成形技術織出的織物具有立體結構，之后不需要再進行任何連接操作。機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療研究所[3]開發出了可移植人造血管，這種人造血管可在電子提花機上織出無縫的、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，所以在提花機上織造直徑較大的管狀織物會受到技術和機器自身的限制而難以實現。王振永等[4]通過巧妙的設計，利用雙層結構和空心袋織將織物分出固結區、遮光區、浮線區，一體織造生產出展開透光百葉窗簾立體織物，該設計擴展了機織產品的應用領域，為立體織物的一體織造的應用開創了新思路。傳統家紡套件是在平面設計的基礎上，經過平面剪裁再縫紉完成的，呂治家等[5]采用雙層套狀結構，在大提花機上織造出生態環保的一次織造成形家紡套件，對傳統紡織品的生產提供了新方法。

本文在前人研究的基礎上，探討了一體織造成形技術，將該技術創新應用在短裙生產過程中，經過雙層組織、單層組織、水波紋紋樣的設計以及經緯紗線的選擇過程，得到短裙紋板文件，最后在劍桿織機上生產出具有立體結構的提花短裙。該提花短裙使用一體織造成形技術生產，下機即成品，為紡織服裝行業帶來新的生產方式和產品創新設計的技術支持。

1 一體織造成形技術

1.1 成形原理

互相垂直的一個系統的經紗和緯紗在織機上經過一定規律交織可形成單層織物，多個系統的經紗或緯紗參與交織，可突破單層織物的平面結構，實現分層，織物上不僅有單層區域，還具有雙層(或多層)區域，從而織物具有立體結構[6]，在織物雙層區域上進行提花設計，會增加織物的美感。

下面以一種織物由2個系統的經紗和緯紗交織的情況：織物上單層區域和雙層區域的地部均采用平紋組織，雙層區域的花部采用四枚緞紋組織，來說明一體織造成形技術的成型原理。方格圖中縱格代表經紗，橫格代表緯紗，“■”和“×”代表經組織點，“□”代表緯組織點，●表示里緯織入時表經全部提起[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的經紗位于單層區域。編號為3、Ⅲ、4、Ⅳ、5、Ⅴ、6、Ⅵ、7、Ⅶ、8、Ⅷ的經紗位于雙層區域，其中編號為3、Ⅲ、4、Ⅳ、5、Ⅴ、6、Ⅵ的經紗位于雙層區域花部，編號為7、Ⅶ、8、Ⅷ的經紗位于雙層區域地部。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構圖，紗線立體結構圖見圖2。

圖2 紗線立體結構圖Fig.2 Three dimensional structure diagram of yarn

可以看出，在雙層區域上層時，里經全部下沉，表經與表緯進行交織。在織造雙層區域下層時，表經全部提起，里經和里緯進行交織，實現了在織物特定區域立體成形。

1.2 成形關鍵因素

通過研究前人一體織造成形立體織物實例，可以發現：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。

紡織產品織造過程中能否一體成形，關鍵在于織物組織設計。當織物只使用單層組織時，只能織出單層的平面結構織物。當織物只使用雙層組織并設有接結點時，只能織出雙層的平面結構織物。只有當織物使用非單層或非單一的織物組織時，織物才具備分層的條件，形成立體結構。以上織物組織設計與織物結構之間對應關系見表1。

表1 織物組織設計與織物結構之間對應關系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生產紡織品有多個步驟，一體織造成形技術生產流程圖見圖3。

圖3 一體織造成形技術生產流程圖Fig.3 One weaving process production process diagram

一體織造成形方法指導整個織物的織造生產過程。首先根據預期產品織物的形狀，獲得織物尺寸并提取輪廓曲線，同時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織成的織物上圖案連續。結合織物單元紋樣以及輪廓曲線繪制出織物意匠圖，一般是輪廓內為雙層區域，實現織物分層，輪廓外為單層區域，使分層的地方進行連接。根據織物尺寸完成小樣參數的計算，設置好紋織CAD中小樣參數，生成織物的紋板文件。從紗線材質、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。該技術方法生產的紡織品下機后無需任何連接操作，即符合預期尺寸、結構以及紋樣等要求。

2 一體織造成形短裙設計

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

2.1 紋樣設計

紗線在不同織物組織中的彎曲程度不同，會產生不同收縮，為了減少這種織縮差異，保證織造順利進行以及面料均勻度良好，在設計短裙紋樣時應盡量使紋樣均勻散布整個裙面。以水波紋為靈感設計出疏密均勻的四方連續單元紋樣，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 工藝設計

本文所用劍桿織機紋針數為7 680針。短裙織物工藝規格見表2。

表2 短裙織物工藝規格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性好、保形性好、強度較高、不易起皺等優點，所以經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，更加突出本設計一體織造成型的特點。夏季炎熱，短裙織物以質地輕薄為宜，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的A字形短裙。裙腰腰線設計在人體腰部最細處。選擇中間體號型的短裙尺寸規格為參考[7-9]，短裙結構圖見圖5。

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

短裙小樣參數設置。短裙意匠圖上，短裙輪廓內是雙層區域，其余為單層區域，雙層區域需左右居中，先計算短裙雙層區所需紋針數，見式(1)：

(1)

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

計算出B的值為5 500針，修正為5 504針(8的倍數)。劍桿織機總紋針數有7 680針，還有2 176針空針，左右單層區域各有1 088針，數值剛好為8的倍數。意匠圖采用展經疊緯畫法，經紗數和總紋針數相同為7 680針。設計短裙上下裙邊寬度f各為2 cm，計算緯紗數：

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，根；Pw為緯紗密度，根/(10 cm)。

緯紗數M的值為1 275根，修正為1 280根(8的倍數)。因此設置意匠參數：經紗數為7 680根，緯紗數1 280根，經向密度110根/(10 cm)，緯向密度25根/(10 cm)。在浙大經緯紋織CAD系統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 織物組織設計

織物組織設計是女裙一體成形的關鍵，雙層組織和單層組織配合使用可以織造出滿足本次設計要求的立體結構。在設計短裙的織物組織時應該考慮組織平均浮長差異，避免經紗織縮過大，保證織造的順利進行。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]，短裙成品下機后里外翻轉即可。意匠圖上短裙輪廓區域內使用無接結雙層組織，甲經∶乙經=1∶1，甲緯∶乙緯=1∶1，其余區域使用單層組織。雙層區域地部使用平紋組織，紗線交織更緊密，可以更好地固結具有彈性的緯紗，地部組織圖見圖7。緞紋組織做雙層區域花部組織，緞紋組織結構稀疏，交織點少，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“×”表示表層經組織點，“■”表示里層經組織點，“□”表示緯組織點。

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

單層區域織物密度是雙層區域上織物密度的2倍，因此兩側區域的組織應適當稀疏。綜合以上考慮，單層區域使用循環單元更大的緞紋組織：八枚緞紋，單層區域組織圖見圖9。圖9中，“■”表示經組織點，“□”表示緯組織點。

圖9 單層區域組織圖Fig.9 Fabric weave of single layer area

在紋織CAD軟件中經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物后，經過100 ℃沸水浸泡5 min的后處理過程，短裙面料收縮，具有彈性。短裙實物圖見圖10。

圖10 短裙實物圖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特的泡泡縐外觀，面料不黏皮膚、涼感舒適且褶皺感強烈。裙腰處緞紋組織結構稀疏，給彈性緯紗留下了收縮的空間，使得腰間彈性好、不緊繃。短裙側縫處花紋連接工整，沒有傳統方式生產短裙時因縫紉工技術不佳或剪裁不齊，造成花紋拼接不齊的困擾。

3 結 論

本文從分析一體織造成形技術的成形原理出發，總結出該技術適用的織物組織，即只有使用非單層或非單一的織物組織時，織物才能織出立體結構。從組織結構設計、紗線選擇、紋樣設計三方面對一體織造成形技術進行研究。將該技術創新性的與服裝生產相結合，最終在劍桿織機上生產出一體織造成型的短裙，并得出以下結論：

①一體織造成形生產方式簡化了短裙生產工序，降低了人工成本，節省了紡織材料，是一種新的機織短裙服裝生產方式。

②由于短裙的板型不是本文研究重點，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，通過在短裙上分區設計織物組織或優化短裙輪廓曲線，可使設計的短裙更符合人體工學。

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間下能定形的性質，可隨意剪裁且裁切邊緣整齊不脫邊。這種材料的使用，將進一步簡化一體織造成形短裙的生產工藝流程。