经编提花间隔织物的计算机辅助设计

李欣欣，蒋高明，张爱军，丛洪莲，沙 莎

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122)

经编提花间隔织物是利用Piezo贾卡元件在双针床拉舍尔经编机上进行提花形成的一种织物。近年来，双针床提花间隔织物因丰富的提花效应在国内外市场备受青睐，产品主要用于高档提花运动鞋材、汽车提花车内装饰和提花床垫等。目前，国内外对普通双针床间隔织物在服装、鞋材和家纺产品等方面的开发研究相对较多［1－3］。此外，经编间隔织物的工艺结构和性能测试方面的研究也较为成熟［4－5］，但对经编提花间隔织物的研究，尤其对经编提花间隔织物的计算机辅助设计的研究仍处于起步阶段［6－7］。本文在重点分析经编提花间隔织物的贾卡提花原理的基础上，借助数学建模和计算机程序设计语言研究了该类织物的计算机辅助设计方法，以期为企业设计开发经编提花间隔织物新产品提供一定的参考依据。

1 贾卡提花间隔织物的编织原理

1.1 编织原理

经编间隔织物是由上下表层和起连接与支撑作用的间隔层构成的三维立体经编织物［4］，如图1所示。经编提花间隔织物是在双针床拉舍尔经编机上增加1把或2把贾卡梳栉，在表层编织出花纹网眼，并把提花面作为织物效应面的间隔织物。间隔织物的A、B表层分别由至少1把导纱梳栉在前针床或后针床单独编织，形成平素密实结构或网眼疏松结构;间隔层C由中间1把或2把梳栉在前后针床交替成圈，连接A、B两个表层，垫纱组织一般为1-0-1-2/2-3-2-1//或1-0-2-3/4-5-3-2//。间隔织物的厚度可通过调节前、后针床的脱圈板距离在2～8 mm范围内变化。

图1 经编间隔织物三维立体图Fig.1 3-D structure of warp-knitted spacer fabrics

1.2 贾卡提花原理

双针床拉舍尔提花型经编机的贾卡梳栉配置在后针床，由2把分离式贾卡梳栉配置成满机号，采用成圈型贾卡的三针技术在后针床进行提花编织，基本垫纱组织为 1-1-1-2/1-1-1-0//［6］。2把分离式贾卡梳在后针床提花时，贾卡针接收提花控制信号向右偏移(偏移信息为T)［7］，形成密实的厚组织或者疏松的网孔组织;贾卡针在前针床编织成圈时，接收到的控制信号默认为不偏(偏移信息H)。双针床经编机在编织同一横列时，包含前针床成圈和后针床成圈，每次成圈时贾卡梳栉可在针前垫纱和针背垫纱发生偏移。

在计算机辅助设计的经编针织物CAD系统中，一个贾卡意匠格代表2个横列，一般定义右边纵行的线圈为奇数横列，左边纵行的线圈为偶数横列，即一个贾卡意匠格包含8个偏移信息，其中第1、2、5、6共4个信息代表前针床，第3、4、7、8共4个信息代表后针床。为使设计和仿真更简单，将后针床提花面当作前针床编织面［7］，贾卡基本垫纱为1-1-1-0/1-1-1-2，贾卡针向左偏移(偏移信息为 T)或不偏(偏移信息为H)。贾卡针的偏移信息及在CAD设计系统中对应的的意匠颜色如表1所示。

表1 贾卡梳栉在后针床提花原理Tab.1 Jacquard principle on back needle bed

2 经编提花间隔织物的设计模型

经编提花间隔织物的工艺设计是由各把梳栉的垫纱设计、穿经设计和贾卡意匠设计构成，因此需要建立三者的数学模型来指导计算机进行经编提花间隔织物的辅助设计。

2.1 垫纱设计模型

双针床拉舍尔提花型经编机的梳栉横移机构在机器的右端，各把梳栉使用右起自然数如0，1，2，3…顺序标注针间间隙［8］。提花间隔织物的垫纱设计模型与普通经编针织物模型［9］不同，在一个编织循环中，前后针床虽然不是同时编织成圈，但形成的线圈在同一水平横列，因此同一横列的垫纱数码由4个自然数表示，中间用“－”连接，其垫纱数码数学模型采用三维矩阵 FLM4(i，j，4)表示。其中L表示梳栉数，M表示一个完全组织的横列数，即花高，i∈{1，2，3，4，5，…，L}表示梳栉编号，j∈{1，2，3，4，5，…，M}表示横列编号。例如:f(i，j，1)表示第 i把梳栉在编织第j个横列时，导纱针在前针床针前横移的起点处的针间编号;f(i，j，2)表示第 i把梳栉在编织第 j个横列时，导纱针在前针床针前横移的终点处的针间编号;f(i，j，3)表示第 i把梳栉在编织第 j个横列时，导纱针在后针床针前横移起点处的针间编号;f(i，j，4)表示第i把梳栉在编织第j个横列时，导纱针在后针床针前横移的终点处的针间编号。各把梳栉完整的垫纱数码数学模型如式(1)所示。

用数组FL(i，j)表示第i把梳栉在前针床编织第j个横列时针前垫纱情况;数组FL'(i，j)表示第i把梳栉在前针床编织第j个横列时针背垫纱情况;数组BL(i，j)表示第i把梳栉在后针床编织第j个横列时针前垫纱情况;数组BL'(i，j)表示第i把梳栉在后针床编织第 j个横列时针背垫纱情况。则FL(i，j)=f(i，j，2)－ f(i，j，1)，BL(i，j)=f(i，j，4)－f(i，j，3)，FL'(i，j)=f(i，j，3)－ f(i，j，2)，BL'(i，j)=f(i，j+1，1)－ f(i，j，4)。

第i把梳栉在前针床编织第j个横列时的垫纱情况如表2所示。后针床的垫纱情况与前针床判断方法相同。

表2 梳栉在前针床垫纱判断表Tab.2 Lapping of yarn guide bars on front needle bed

2.2 穿经设计模型

穿经循环是指纱线在导纱梳栉上的排列情况，不同的纱线或排列产生不同的花纹效果［10］。梳栉的穿经循环模型可采用二维矩阵TLC=t(i，c)表示，其中L表示梳栉数，C表示一个完全组织的纵行数，即花宽，i∈{1，2，3，4，5，…，L}表示梳栉编号，c∈{1，2，3，4，5，…，C}表示纵行编号。例如，t(i，c)表示第i把梳栉在第c个纵行的穿经情况。各把梳栉完整的穿经设计模型如式(2)所示。式中:tic∈{* ，A，B，C，D，E，… }，“* ”表示空穿［11］;A、B、C、D、E 等分别代表第 i把梳栉在第c个纵行所穿的纱线类型［12］。例如穿经矩阵代表的穿经循环信息如图2所示。

图2 穿经循环Fig.2 Threading design

2.3 贾卡意匠设计模型

经编提花间隔织物设计的关键是提花面的贾卡意匠图设计，不同的意匠颜色代表织物上不同的厚薄效应［13］。贾卡意匠设计模型可用一个二维矩阵JCN=j(c，n)表示，其中C表示花宽，N表示花高的一半(1个贾卡意匠格代表2个编织横列)，n∈{1，2，3，4，5，…，N}表示纵向意匠格编号;c∈{1，2，3，4，5，…，C}表示横向意匠格编号。例如，j(n，c)表示贾卡梳在第c个纵行处的第2n－1和第2n个横列的贾卡信息，贾卡梳栉完整的意匠设计模型如式(3)所示。

式中，jcn∈{1，4，8，12}，1 表示红色厚效应，4 和 8 分别表示绿色和蓝色的薄效应，12表示白色网孔效应。

3 经编提花间隔织物CAD设计

经编提花间隔织物最突出的优势是采用无缝连接将不同的织物效应部位结合起来，例如图3所示的Adidas climachill跑鞋，根据人体足部特征和运动特点由不同的功能区域层组成:鞋头(图中A区)和鞋的侧面采用透气性好的大网孔，在鞋头的侧面(图中C区)和后跟(图中B区)采用密实的小网孔，鞋头与鞋底连接部位(图中D区)用厚薄相间的密实组织，不同网孔区的连接部位采用密实的薄组织(图中E区)。运用贾卡提花工艺可实现不同网孔区域的“无缝拼合”，只在脚后跟处缝合，减少缝合工艺。

图3 Adidas Climachill跑鞋Fig.3 Adidas Climachill sports shoes

鞋材用贾卡提花经编间隔织物主要影响运动鞋的透气性能和散热性能［3］。穿着者在运动时，脚部会不停地扭动，致使鞋材用的间隔织物受力压缩，鞋子中多余的热量将从水平或垂直方向转向脚的边缘，如图4所示。利用贾卡导纱针对划分的功能区，进行不同大小的网孔组织设计，可有效地改善鞋内微循环，增强散热性和透气性，提高鞋子的舒适度［13］，实现经编提花间隔织物功能性与装饰性的统一。本文以图3中所示的提花运动鞋为例，划分的功能区域分布如图5所示，介绍经编提花间隔织物的CAD设计方法。

图4 运动鞋热量分散图Fig.4 Heat dispersion of sports shoes

3.1 工艺数据设定

机型RDPJ7/1，机宽为350 cm，机号E24，机速为300 r/min，成品横密为10.7纵行/cm，成品纵密为16.3横列/cm，产量为11 m/h，面密度为293 g/m2。

3.2 梳栉排列

GB2:1-0-1-1/1-2-1-1/1-0-2-2/4-5-4-4/4-3-4-4/4-5-3-3//一穿一空，167 dtex半光涤纶;

GB3:4-5-4-4/4-3-4-4/4-5-3-3/1-0-1-1/1-2-1-1/1-0-2-2//一空一穿，167 dtex半光涤纶;

GB4:2-1-1-0/1-2-2-3//满穿，33 dtex半光涤纶;

图5 功能区域分布Fig.5 Separated functional areas

JB5.1:1-1-1-0/1-1-1-2//一空一穿，156 dtex半光锦纶;

JB5.2:1-1-1-0/1-1-1-2//一穿一空，156 dtex半光锦纶;

GB6:1-1-1-0/0-0-0-1//满穿，78 dtex半光锦纶;

GB7:1-1-0-0/0-0-1-1//满穿，78 dtex半光锦纶。

在CAD软件中，利用建立的设计模型直接输入各梳栉的垫纱数码，系统会自动生成垫纱运动图，如图6所示。并可在前针床、后针床和前后针床之间切换显示，既方便又高效。

3.3 贾卡意匠设计

图5所示的鞋样中共含有5种功能区域，不同的区域需要设计不同的贾卡组织，每个区域对应的贾卡意匠组织循环如表3所示，最终的贾卡意匠设计如图7所示，并且可利用贾卡文字功能直接绘制LOGO 标识“Adidas”，方便快捷。

在完成垫纱数码、原料规格和贾卡意匠的设计后，可利用CAD软件自动计算出织物的面密度和产量，极大地节约了工艺人员的计算时间，提高了设计效率。

4 结语

1)在深入研究经编提花间隔织物的编织原理和贾卡提花原理的基础上，首次从理论上建立了经编提花间隔织物的垫纱数码、穿经设计和贾卡意匠设计的数学模型，进一步完善了经编针织物设计软件对贾卡提花间隔织物的设计功能，并通过工艺设计举例，验证了该模型的正确性。

表3 各功能区贾卡组织循环Tab.3 Jacquard combined units of separated functional areas

图6 垫纱设计Fig.6 Lapping design.(a)Lapping movements of front needle bed;(b)Lapping movements of front and back needle beds;(c)Lapping movements of back needle bed

图7 贾卡意匠图Fig.7 Jacquard design

2)以鞋材用经编提花间隔织物的CAD工艺设计为例，根据人体足部特征和运动特点进行功能分区，利用Piezo贾卡针对功能区进行不同大小的网孔提花，在赋予传统运动鞋材时尚魅力的同时，有效地改善了鞋内微循环，增强了散热性和透气性，实现了经编提花间隔织物功能性与装饰性的统一。

［1］ 叶晓华，胡红，冯勋伟.经编间隔织物的应用与开发前景［J］.针织工业，2005(2):1－3.YE Xiaohua，HU Hong，FENG Xunwei.Application and development prospect of warp-knitted spacer fabric［J］.Knitting Industries，2005(2):1 －3.

［2］ 缪旭红.经编间隔织物在胸罩中的应用与生产［J］.纺织导报，2002(6):33－34.MIU Xuhong.Application and production of warpknitted spacer fabrics for bras use［J］.China Textile Leader，2002(6):33 －34.

［3］ 魏赛男，姚继明，彭志远.鞋材用经编间隔织物的服用性能［J］.上海纺织科技，2012(11):16－19.WEI Sainan，YAO Jiming，PENG Zhiyuan.Wearing propertiesofwarp-knitted spacerfabricsforshoemaking［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2012(11):16－19.

［4］ 叶晓华.功能性间隔织物的结构与性能研究［D］.上海:东华大学，2007:32－35.YE Xiaohua.Study on the structure and properties of functional spacer fabrics［D］.Shanghai:Donghua University，2007:32－35.

［5］ 夏风林.经编间隔织物的抗压回弹性研究［J］.纺织学报，2003，24(4):58 －60.XIA Fenglin.Research on the compression resistance of warp knitted spacer fabric［J］.Journal of Textile Research，2003，24(4):58－60.

［6］ 李丽娟，蒋高明，缪旭红，等.办公座椅用双针床经编提花间隔织物的设计［J］.上海纺织科技，2010(7):50－51，54.LI Lijuan，JIANG Gaoming，MIAO Xuhong，et al.Design and making of warp knitted jacquard spacer fabric for office chair use［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2010(7):50 －51，54.

［7］ 张姿叶，蒋高明，丛洪莲，等.经编贾卡提花间隔织物编织工艺探讨［J］.纺织导报，2010(2):56，58－60.ZHANG Ziye，JIANG Gaoming，CONG Honglian，et al.Knitting techniques of warp-knitted jacquard spacer fabrics［J］.China Textile Leader，2010(2):56，58 －60.

［8］ JIANG G M，FENG X.A simulation model of lace made on a multibar raschel machine［J］.Fibers＆ Textiles in Eastern Europe，2008，16(2):58－60.

［9］ 丛洪莲，李秀丽，张爱军.经编提花毛巾织物的设计与三维仿真［J］.纺织学报，2013，34(4):131－136.CONG Honglian，LI Xiuli，ZHANG Aijun.Design and 3-D simulation of warp-knitted jacquard towel fabrics［J］. JournalofTextitle Research， 2013，34(4):131－136.

［10］ 蒋高明，顾璐英，董智佳，等.经编无缝筒形织物的计算机辅助设计［J］.纺织学报，2011，32(1):140－144.JIANG Gaoming，GU Luying，DONG Zhijia，et al.Computer-aided design for warp-knitted seamless tubular fabrics ［J］.Journal of Textitle Research，2011，32(1):140－144.

［11］ 雷惠，丛洪莲，张爱军.双针床短毛绒织物的CAD设计与仿真［J］.纺织学报，2013，34(7):132－136.LEI Hui，CONG Honglian，ZHANG Aijun.CAD design and simulation of double-needle bar short pile fabrics［J］. JournalofTextitle Research， 2013，34(7):132－136.

［12］ 蒋高明.贾卡经编针织物CAD理论研究［J］.针织工业，2002(6):27 －29，97.JIANG Gaoming.A theoretical study on the CAD technique for jacquard warp-knitted fabrics［J］.Knitting Industries，2002(6):27 －29，97.

［13］ 李敏洁，丛洪莲.鞋材用经编间隔织物的生产［J］.上海纺织科技，2010(5):26－28.LI Minjie，CONG Honglian.Production of warp-knitted spacer fabric for shoes［J］.Shanghai Textile Science and Technology，2010(5):26－28.