基于可持續設計理念的全成形針織鞋面的設計與開發

張澤軍，梁建芳，董鐘杰，曹雪榕，遠玉潔，陳文焰

(1.西安工程大學 服裝與藝術設計學院，陜西 西安 710048； 2.惠州經濟職業技術學院，廣東 惠州 516057)

隨著科技的快速發展和物質水平的提高，人們對運動鞋類產品的要求也越來越高，不僅關注運動鞋的舒適性與設計的時尚性，同時也關心穿著的運動鞋在生產中是否會給環境帶來破壞[1-2]。目前，全成形針織面運動鞋逐漸成為運動鞋研發的主流，針織全成形技術可簡化運動鞋生產工序，降低人力成本，提高生產效率，減少環境污染，其在可持續、環保、智能、科技等方面被越來越多的消費者認可[3-4]。

本文從可持續設計理念出發，探索全成形針織鞋面的設計方法與原則，通過實例開發將廢棄材料再利用、生命周期設計2種設計方法及全成形性、功能性、情感性3種設計原則體現，為全成形針織鞋面的可持續設計提供參考。

1 可持續設計理念概述

可持續設計是一種構建及開發可持續解決方案的策略設計活動，需要將環境、經濟、道德等因素進行綜合考慮，以一種成熟思考過的思維引導和滿足消費者需求[5]。紡織品可持續設計主要體現在綠色環保以及改善人們的生活質量。

可持續設計原則主要包括減少消耗、回收利用和可重復利用[6]。廢棄物的回收再利用是有效且廣泛的可持續設計方式，減少了資源的浪費和對環境的污染[7]。

2 全成形針織鞋面的可持續設計

全成形針織鞋面可持續設計是在“自然—紡織品—人”的宏觀視野下，尊重生態纖維原料特性，追求針織鞋面產品功能性、科技性與低能耗、高效率的結合，尋求人、紡織品和自然的和諧共生。

2.1 設計方法

2.1.1 廢棄材料再利用

廢棄材料再利用是指將回收廢棄化學纖維、紡織品或廢棄高分子材料直接經物理加工或熔融、溶解后紡絲生產的紡織纖維[8]。本文設計的全成形針織鞋面采用的原料是通過回收生活中廢棄的塑料瓶經加工生產出的聚酯纖維。這種聚酯纖維通過循環再利用替代傳統的皮革材料實現綠色環保，減少資源消耗而且價格低廉。聚酯纖維具有質量輕、強度高的特點，使其比傳統皮革材質運動鞋更加輕便舒適，同時也更加耐磨，不易損壞，有效延長了運動鞋的使用壽命。

2.1.2 生命周期設計

設計全成形針織鞋面，原料選用可循環利用纖維；款式設計采用鞋身鞋舌一體的方式，使鞋面進一步輕量化；組織結構和工藝設計減少復雜工藝的使用實現節能減排；圖案設計均采用彩色紗線編織獲得，無需經過后期染色處理，不僅減少對環境的危害而且增加使用的安全性。生產全成形針織鞋面，制版運用花樣小圖技術，可以模塊化應用縮短制版時間，對市場的變化做出快速反應；編織采用電腦橫機全成形技術，提高生產效率，減少人工投入，實現原料的零浪費。穿用全成形針織鞋面產品，因其輕量柔軟、透氣舒適的特點，鞋子可以隨著足部形態自然律動，使身體和鞋子之間建立一種共生關系，增加穿著體驗，同時通過特定的圖案設計向穿著者傳達可持續理念，采用獨特的組織結構，使其具有功能性以滿足消費者對特定環境的需求，與使用者形成情感共鳴，提高使用頻率[9]。全成形針織鞋面鞋廢棄后，因鞋面后整理中進行熱定形處理，使得該織物不脫散，可以通過解構重組或局部熔融方式進行再設計，改變鞋面款式或功能，賦予鞋面產品新的活力；全成形針織鞋面產品到其使用生命的終結也可通過專業的技術處理重新加工成新的材料，再進入生產與使用流程。

2.2 設計原則

2.2.1 全成形性

全成形性是基于電腦橫機的全成形技術，以立體的方式一次性編織出整件產品，具有良好的整體性、舒適性、美觀性。全成形針織鞋面整體運用楔形編織方法，由紗線編織一體成形，實現原料的零浪費，提高生產效率，減少人工投入，簡化生產流程，降低生產過程中的碳排放。

2.2.2 功能性

全成形針織鞋面為紗線編織而成，故具有良好的透氣透濕性能。同時遵循人體足部生理特征進行功能分區，通過組織結構變換實現鞋面的穿著要求。組織結構設計時采用成圈、移圈、集圈以及不織的編織方式形成空氣層提花、全通透孔洞、半通透孔洞、羅紋組織等滿足鞋面對于耐磨性、保形性、透氣性和抗頂破性能的要求。全成形針織鞋面的設計遵循科技和功能的結合，實現綠色、健康舒適的理念。

2.2.3 情感性

設計全成形針織鞋面，選用100%可回收再利用的纖維，工藝上一次成形編織實現原料的零浪費，圖案、符號、色彩、款式設計可以通過表現傳統文化、個性時尚、保護環境等信息，向消費者傳達綠色環保、節約能源、低碳生活的可持續理念，使其頗具藝術感，通過設計感官走進消費者的精神世界，引起消費者的情感共鳴。

3 開發實例

3.1 開發流程

全成形針織鞋面開發分為3個階段：①款式設計階段。根據基礎樣本進行解構重組完成款式設計，并根據穿著與視覺要求完善細節設計。②制備階段。確定設備參數、原料，根據產品功能性、全成形性設計組織結構與編織工藝，確定參數上機編織。③后整理階段。下機后經熨燙定形獲得成品。全成形針織鞋面開發流程見圖1。

圖1 全成形針織鞋面開發流程Fig.1 Development steps of fully formed knitted shoe upper

3.2 款式設計

全成形針織鞋面的款式設計見圖2。根據鞋面基礎樣本將鞋幫與鞋內側進行裁剪后重新組合，通過結構的解構與重組改變款式風格，使原有后中縫合線變為內側縫合線，在整體視覺上隱藏縫合線優化視覺效果。非對稱的結構符合消費者對款式多樣性的追求，同時傳達出運動具有無限可能的理念。非對稱的款式也為鞋面廢棄后再設計提供選擇，沿著內側縫合線剪開直至外側對稱區域結束，可形成無鞋后踵的新款式。

圖2 款式設計Fig.2 Style design

全成形針織鞋面的鞋舌設計采用鞋舌鞋身一體成形，立體的鞋幫處理，加強款式的完整度和立體感，有效減少后期縫合工序，增加產品的舒適性。

依據全成形針織鞋面的功能性及裝飾性對其進行分區設計，主要包括透氣區P、加強區I、設計區D、標記區T、耐磨區F、裝飾區O。設計區以層巒的山脈為靈感運用自由線條形成錯落疊加的三角形與四邊形，主體采用綠、藍綠和熒光橙等明亮顏色體現綠水青山延綿不斷的視覺效果，傳達愛護自然、環保、自由等可持續理念。

3.3 設備參數

全成形針織鞋采用龍星LCX-252S型電腦橫機加工，具體設備參數見表1。

表1 龍星LCX-252S設備參數Tab.1 Longxing LCX-252S equipment parameters

3.4 原料選擇

全成形針織鞋面為實現減少資源消耗與綠色環保，選擇的原料均為循環再利用纖維。

本文實驗選用的原料：主紗為4根氨綸包覆紗(芯線為線密度2.2 tex氨綸絲，外包紗線為線密度16.6 tex滌綸絲),滌綸低彈絲具有良好的斷裂強度起到主體支撐作用,氨綸增加了織物的彈性；熱熔絲為1根11.1 tex聚氨酯纖維，具有相對低的熔點，經加熱熔融冷卻后對鞋面起到定形和保形作用；彈力紗為2根18.2 tex低彈滌綸包23.3 tex氨綸的彈力紗，彈力紗對領口及加強部位起到緊束作用。

3.5 組織結構

全成形針織鞋面整體以空氣層提花組織為基本組織，在此基礎上通過改變組織結構實現透氣性、透濕性、耐磨性、拉伸性等性能要求。根據款式設計時對鞋面進行的分區設計，運用不同組織結構設計出具有孔洞效應、耐磨功能、加厚設計的織物。

3.5.1 孔洞效應

孔洞效應區編織圖見圖3。人體足部分布著較多的汗腺，因此在款式設計時在腳面設計透氣區P增加運動鞋的穿著舒適性。為使透氣區具有更好的透氣和透濕性能，孔洞效應織物通過空氣層提花組織、移圈組織、雙羅紋組織復合而成。

圖3 孔洞效應區編織圖Fig.3 Weave diagram of hole effect area

孔洞效應織物以空氣層提花組織為基本組織，孔洞所在2針位的前后針床線圈翻針移針至相鄰對向針位的織針上使得此2針位為空針形成孔洞，由于相鄰2針位空針無法連續編織成圈，因此采用雙羅紋組織進行補針[10]?？锥葱椢锊捎萌ㄍ缚锥矗纬傻目籽圩畲螅笟庑阅茏詈?，運用2個線圈移針同搖床方向的方式來減少編織行數，在保證透氣性的同時提高生產效率。

3.5.2 耐磨功能

耐磨功能區編織圖見圖4。人體足部需要承載整個身體質量以及鞋子的使用方式，使得鞋頭部位承載較大的作用力，因此款式設計時在鞋頭設計了耐磨區F。鞋舌上需要承載款式信息的作用需要局部區域硬挺，因此款式設計時在鞋舌設計了標記區T。為使耐磨區和標記區具有更好的耐磨與硬挺性能，耐磨功能區通過空氣層提花組織、集圈組織復合而成。

圖4 耐磨功能區編織圖Fig.4 Weaving diagram of area wear-resistant functional

耐磨功能區以空氣層提花組織為基本組織，在其中間編織2個橫列的前后針床間位隔針集圈組織，同時減少集圈組織的度目參數，使得前后針床線圈連接更加緊密，提高耐磨性及硬度。

3.5.3 加厚設計

加厚設計區編織圖見圖5。在運動中鞋子需要良好的包裹性，對腳起到保護作用，因此款式設計時設計了加強區I。為使加強區具有更好的厚度及緊束性能，加厚設計區通過空氣層提花組織、圓筒組織復合而成。

圖5 加厚設計區編織圖Fig.5 Weave diagram of area thickening design

加厚設計區以空氣層提花組織為基本組織，再進行前后針床間針位隔針圓筒組織和前后針床同針位隔針圓筒組織編織，此織物因隔針編織產生的浮線而增加厚度，同時前后針床同針位隔針編織與前后針床間針位隔針編織使得相鄰針位前針床織針的成圈比為1∶3，后針床織針的成圈比為1∶1，相鄰針位成圈數量的不同改變了線圈間的拉力進一步增強緊束性。加厚設計區整體均為成圈編織不涉及翻針移針保證編織效率的同時增加編織的穩定性。

3.6 編織工藝

3.6.1 工藝設計

全成形針織鞋面工藝設計圖見圖6。本文實驗為非對稱款式,工藝設計中既要完成先編織鞋面主體區域編織，又要為后編織鞋面主體區域設計好輔助拉力。根據整體寬度編織雙羅紋組織起底，之后連接緯平組織進行單面過渡，左側未編織到鞋面主體區域部分分段編織緯平組織，起到均衡拉力作用。右側根據內側鞋幫和內側鞋后踵區域的針數進行滿針起口編織，中間停針為之后的局部編織預留空間，右側的內側鞋幫和內側鞋后踵區域根據所需形狀進行局部編織，領口處弧度通過多段明收針改變織物外觀形狀，整體鞋后踵通過局部編織與停針結合實現所需立體弧度。左側帶主紗根據鞋舌針數滿針起口，再根據所需形狀進行局部編織。右側外側鞋后踵區域根據所需形狀完成局部編織，領口及邊幅通過多段明收針改變織物外觀形狀。左側編織雙羅紋組織及鞋幫對應部位的緯平組織，根據內側鞋身針數進行滿針起口編織。此時整體鞋身與鞋頭合并根據所需形狀進行局部編織，通過多段明收針實現所需輪廓。鞋幫部位編織隔針的羅紋組織，增強鞋幫硬度同時實現內層與外層的分離。最后編織緯平組織過渡和雙羅紋組織封口[11]。工藝設計中運用左右分邊并且非對稱編織方式實現鞋面的一體成形，可節省原料并減少廢料的產生，提高生產效率。

圖6 工藝設計Fig.6 Technological design diagram

3.6.2 制版設計

全成形針織鞋面制版與實物圖見圖7。制版設計運用了花樣小圖技術與普通色碼結合的制版方式，鞋面主體區域運用無動作色碼代替動作集合的方式，輔助區域運用普通色碼?；有D技術可以模塊化應用以有效壓縮動作行數使制版設計構圖完整，并且提前設置導紗器、度目、速度等編織參數提高制版效率，從而降低人工成本的投入[12]。

圖7 制版設計與實物圖Fig.7 Plate making design and physical drawing.(a)Plate making design;(b)Physical drawing

全成形針織鞋面編織過程中共用7把導紗器。1號導紗器為彈力紗導紗器；2號導紗器為鞋舌導紗器；4號與11號導紗器為主紗(主色)導紗器，6號與13號導紗器為主紗(花色)導紗器，由于鞋面為左右分邊織，所以導紗器也為分邊設置，間隔設置導紗器有利于提高編織的穩定性減少壞片率；8號導紗器為廢紗導紗器。本文實驗度目參數設置見表2。

表2 度目參數設置Tab.2 Parameter settings on yarn bending depth

3.7 后整理

全成形針織鞋面后整理流程：下機→處理廢紗→自然回縮→模具定位→蒸汽熨燙→冷卻定形。產品下機后拆除廢紗放置30 min使織物自然回縮。全成形針織鞋面為立體結構，需運用模具定位以防止過量熨燙導致局部變形損壞，定位后蒸汽熨燙，根據熱熔絲類型確定熨燙溫度為200 ℃，時間為20 s，使熱熔絲充分熔融化黏合，經冷卻定形獲得成品全成形針織鞋面。

4 結束語

本文基于可持續設計理念，從全成形針織鞋面的特性出發，提出廢棄材料再利用、生命周期設計2種可持續設計方法以及全成形性、功能性、情感性3種可持續設計原則。以具體開發實例為例，款式設計上為鞋舌鞋身一體的非對稱款式，體現不拘一格，運動具有無限可能的理念，也為廢棄后再設計提供選擇；圖案設計為綠水青山延綿不斷的視覺效果，由彩色紗線編織而成無需染色，減少環境污染，傳達保護環境的可持續理念；組織結構設計上實現功能性的同時減少復雜工藝的運用，保證編織的穩定性和高效率；通過款式、圖案、功能性等設計從感官上使穿著者產生情感共鳴，增加產品的使用頻率。原料采用可循環再利用的聚酯纖維，綠色環保，價格低廉，編織的織物更加耐磨損，有效提升其使用壽命；制版上運用花樣小圖技術，模塊化的應用提高制版效率；編織采用電腦橫機的全成形技術，實現原料的零浪費，減少生產工序和人工投入提高生產效率，減少碳排放，實現低能耗與高效率、科技性與經濟性的有效結合。