方格立衬结构机织物的一次成形设计实践

马颜雪，王世娜，李毓陵，温 润

(1. 东华大学 纺织学院，上海 201620； 2. 东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

传统羽绒制品将羽绒填充到上下2块面料之间，后经过绗缝工艺将2块面料缝合到一起以固定填充的羽绒，从而提高羽绒制品的保暖性[1]，但易出现绗缝处针眼钻绒、绗缝线处没有羽绒影响整体保暖性等问题[2]。此外，绗缝工艺增加了羽绒制品的生产流程和人工成本，降低了生产效率。已有研究通过表里换层或接结组织制备一次成形双层间隔机织羽绒面料[3]，以解决绗缝带来的钻绒问题，但该面料仅能形成1个横向的羽绒填充空腔，羽绒易在腔体中移动且双层接结处没有羽绒，仍然影响羽绒制品的整体保暖性。采用绗缝的方法将布料缝在上下2层面料中间，形成立体方格结构[4]，可有效提高整体保暖性，避免绗缝处或2层接结处无羽绒的问题，但会增大人工成本且降低生产效率。

本论文通过设计具有一定高度的方格立衬结构机织物，实现了一次成形织造，可以提高羽绒制品的生产效率，改善羽绒制品绗缝带来的保暖和钻绒问题，提高其整体保暖性。

1 方格立衬结构的设计

本文设计的方格立衬结构织物包括上层、下层、经向立衬层和纬向立衬层，其中上层、下层和经向立衬层是由各层经纬纱交织成的织物层，纬向立衬层是采用特殊组织设计成的纬浮线层。单位方格立衬结构如图1所示。可以看出：上、下层分别作为羽绒面料的表、里层，保证羽绒制品的基本属性；相邻的2个经向立衬层形成具有一定高度的填充空腔；纬浮线组成的纬向立衬层在每个填充空间内起到固定作用，防止填充的羽绒大范围移动。方格立衬结构一方面使表、里2层间具有一定距离，扩大了填充羽绒的空间，从而提高了羽绒制品的保暖性；另一方面，纬浮线结构阻拦了横向填充空间填充物的移动，使羽绒制品达到防钻绒的效果。

1—上层；2—下层； 3—纬向立衬层；4—经向立衬层； 5—纬接结区(由纬向立衬与外层或里层连接形成)； 6—经接结区(由经向立衬与外层或里层连接形成)。下同。图1 单位方格立衬结构Fig.1 Diagram of unit square lining structure

1.1 经向立衬层

方格立衬结构织物的经向立衬层与上下层织物垂直，形成填充空腔，多个经向立衬形成连续的平行填充结构，方格立衬结构织物的截面图见图2。由图2(a)可以看出，2个相邻经向立衬的距离决定了填充腔体的纵向长度，立衬的高度直接影响腔体的高度并决定了最大充绒量。经向立衬层经纱作为单独的一层织物，通过接结经接结法与上、下层(表、里层)交替连接[5]并形成经接结区。

图2 方格立衬结构织物的纵横截面图Fig.2 Longitudinal section (a) and cross section (b) of square lining structure

1.2 纬向立衬层

在上、下层织物和相邻2个经向立衬层形成的空腔内加入纬向立衬，可防止填充羽绒的移动。由图2(b)可以看出，2组交叉的纬浮线形成纬向立衬结构，其中1组纬浮线立衬的两端分别与织物的上、下层相接，2组纬浮线立衬在中间部位以“X”形彼此相交。当羽绒填充到腔体后，两两相交的纬浮线可以立起，起到固定羽绒的作用。

在纬起绒织物的固结方法中，“W”形固结法因与3根压绒经交织的交织点较多，使毛绒固结牢固[6]。故纬浮线与上、下层织物的连接采用纬绒毛织物中的“W”形固结方式，纬向立衬层与上层或下层连接形成纬接结区。

方格立衬循环织物结构见图3。可以看出，经纬向立衬组成了类似立方体的结构，故称为方格立衬结构。相邻2个经向立衬的距离决定了单位填充格子的长度，1个循环中的纬浮长线则决定了单位填充格子的宽度。

图3 方格立衬循环织物结构Fig.3 Structure diagram of square lining fabric

理论上，一次成形方格立衬结构织物使填充空间具有一定高度，能够增加羽绒填充量且能防止空腔内的羽绒移动，提高羽绒制品的保暖性和舒适性，有效解决了绗缝带来的针眼处钻绒问题，缩短了生产流程，提高了效率。

2 方格立衬结构织物的织造实践

2.1 组织结构

针对终端羽绒产品的厚度要求，经向立衬厚度不同。在方格立衬结构中，经向立衬层的经纱与上层或下层交替接结，当不需要经向立衬结构时，这些经纱与上层或下层经纱组成经二重组织。由于织造经向立衬的经纱与上、下2层经纱的交织情况不同，故采用双经轴织造。

为使织物正反效果一致，织物上层基础组织均为单起平纹组织，下层为双起平纹组织；处于中间层的经向立衬层的基础组织为平纹组织，当中层经纱与上层或下层经纱一起织造时，采用经二重组织；纬向立衬层采用“W”固结方式与上下层连接。

方格立衬结构织物的上机图见图4。

■—上、下层的基础平纹组织的经组织点；◆—经向立衬层经纱与上层经纱接结的经组织点；◇—经向立衬层经纱与下层经纱接 结的经组织点； △—织造上层投里纬时表经提起的经组织点； ▲—织造下层投里纬时表经提起的经组织点；●—经向立衬层的 经组织点；★—纬向立衬的经组织点；空白处是纬组织点。图4 方格立衬结构织物的上机图Fig.4 Looming drafts of square lining fabric

由图4可以看出，上层经纱为1、2、3、4，纬纱为S1、S2、S3、S3、S4、S5、S6、S7、S8；中间立衬层与上层接结在一起的经纱为S①、S②，与下层接结在一起的经纱为X①、 X②； 用于经向立衬的纬纱为Z1、 Z2、Z3、Z4，用于纬向立衬的2组纬浮线分别称为A组和B组，在1个循环中，2组纬纱分别为A1、A2和B1、B2;下层经纱为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,下层纬纱为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。上层和下层作为织物的表里层，密度应较大，因此将上、中、下层经纱的排列比设为2∶1∶2；所设计的方格立衬结构织物的织造为分段织造，组织变化较多，为使经纱开口清晰、减少经纱的摩擦，可采用分区穿法[7]，上层经纱穿在前区，中层经纱穿在后区，下层经纱穿在上层与中层的中间区域；为减少经纱与钢筘的摩擦，经纱穿筘为每筘5入。本论文方格立衬织物的组织循环经纱数为40，纬纱数为64，所用综框数为10页。

2.2 上机参数

本文设计的方格立衬结构织物的经密较大，总经根数较多，经纱摩擦较大，为探究本文设计的方格立衬结构织物的织造性能，在上机实践过程中，为保证织造顺利进行，经、纬纱选用强力较高的25 tex×2涤纶纱。同层经纬纱设置相同颜色，不同层经纬纱设置不同颜色，以便于下机后观察织物结构特征。根据织机情况和织物保暖性测试要求，本文织造的方格立衬结构织物基本规格参数如表1所示。

表1 方格立衬结构的基本规格参数Tab.1 Fabric specification parameters of square lining structure fabric

此外，根据调研专业羽绒制品生产企业和市场上的终端羽绒产品，本文设计的方格立衬结构织物规格尺寸参数见表2。

表2 方格立衬结构织物规格尺寸参数Tab.2 Specification size parameter of square lining structure fabric

2.3 上机织造

由于方格立衬结构织物的上、中、下层的织造顺序不同，存在织口移动的问题，因此本文采用双经轴异步送经系统[8]，将上下2层经纱卷绕在下经轴，将用于织造中间立衬层的经纱卷绕在上经轴，再配合织机的卷取运动、停止送经、停止卷取运动，分4个阶段在织机上实现了该结构的顺利织造，方格立衬结构织物的织造过程如图5所示。

第1阶段，从上层至下层的经向立衬织造。由图5(a) 可以看出，用于织造经向立衬的经纱从上层经纱中分离出来，单独与中间层纬纱交织，形成经向立衬。在第1阶段织造时，下经轴停止送经，卷布辊停止卷取，织机正常引纬打纬，上下层的织口位置不变，经向立衬的织口不断向机后移动，但在双经轴异步送经系统的调解下，上经轴可被动送出少量经纱，保持经向立衬层经纱张力稳定，直至经向立衬部分达到设定纬纱数，织机正常运动，形成经向立衬结构。

第2阶段，上、下层和纬向立衬织造。由图5(b) 可以看出，上下2个经轴正常送经，卷布辊正常卷取，形成方格立衬织物的上、下层和纬向立衬结构。

第3阶段，从下层至上层的经向立衬织造。由图5(c) 可以看出，用于织造经向立衬的经纱从下层经纱中分离出来，单独与中间层纬纱交织，形成经向立衬。与第1阶段织造相同，下经轴停止送经，卷布辊停止卷取，织机正常引纬打纬，上下层织口位置不变，经向立衬的织口不断向机后移动，直至经向立衬部分达到设定的纬纱数，织机正常运动，形成经向立衬结构。

第4阶段，完成上、下层和纬向立衬织造。由图5(d)可以看出，上下2个经轴正常送经，卷布辊正常卷取，形成方格立衬结构的上、下层和纬向立衬结构。

图5 方格立衬结构织物的织造过程Fig.5 Weaving process of square lining fabric. (a) Phase 1; (b) Phase 2; (c) Phase 3; (d) Phase 4

3 织物性能测试及结果

3.1 织物基本性能分析

通过织物上机实践，所设计的方格立衬结构织物可以在织机上一次成形织造，且织造出的织物成形效果良好，符合设计要求。图6示出下机后方格立衬结构织物的实物图。

图6 方格立衬织物实物图Fig.6 Physical map of square lining structure fabric. (a) Cross section of fabric; (b) Longitudinal section of fabric

由图6(a)可以看出，织物的横截面，单位方格内2组交叉排列的纬浮线形成的 “X”型纬向立衬；由图6(b)可以看出，织物的纵截面形成近似为连续的“工”字型经向立衬。

方格立衬结构织物下机基本参数如表3所示。本文对下机后的织物结构与上机前设计的织物结构进行对比，单位填充格子的实际边长为7.9 cm，设计边长为8 cm，实际经向立衬高度为1.4 cm，设计高度为1.5 cm，均达到预期效果；只有纬密增加较多，是由于纬向立衬与方格立衬结构的上、下层连接，且织造格子的边长越长，引入的纬浮线就越多，在引入每一纬浮线立衬处，织机都进行了停卷停送设置，这种设置会使纬密增加。

表3 方格立衬结构织物下机基本参数Tab.3 Basic parameters of machine of square lining structure fabric

从方格立衬结构实物图和下机参数可知，所织造的方格立衬结构织物与最初设计的结构一致，从实践中证明了方格立衬结构织物可以在织机上一次成形织造而成。

3.2 保暖性测试

保暖性是羽绒制品的主要功能，与产品的使用时间有关系。羽绒制品经长期使用后，填充空腔内的羽绒易大面积移动，出现窜绒现象，羽绒填充物聚集成团，影响其保暖性能和外观[9]，所以对一次成形方格立衬结构织物的保暖性和防窜绒性进行测试。传统羽绒制品主要是通过绗缝工艺形成，因此，本文主要对比同规格的方格立衬结构织物绒包和绗缝织物绒包的性能。

3.2.1 试样准备

测试样是方格立衬结构织物制成的绒包；对比样是用平纹结构面料缝制后充绒制成的绒包，所用面料的经纬密度与方格立衬织物的表经和表纬相同。测试样和对比样均采用相同的纱线、织物密度、尺寸规格、每个绒包充绒量和羽绒种类，试样基本参数见表4。

表4 试样基本参数Tab.4 Basic parameters of samples

测试样方格立衬结构绒包制作过程为：量尺寸—裁剪—封边—充绒—封口—拍打均匀。对比样绗缝绒包制作过程为：量尺寸—裁剪—封边—充绒—封口—绗缝—拍打均匀。测试样绒包的每个横向空腔的一侧均留有1个4.5 cm充绒口，对每个横向空腔充入等量羽绒后，进行封口；对比样绒包只有1个4.5 cm充绒口，充入与测试样相同的羽绒总量后，进行封口。

根据GB/T 14272—2011《羽绒服装》，绗缝过程所用的绗缝线为线密度25 tex的涤纶缝纫线，用9号针，针距密度为14～15针/(3 cm)，针迹线形状要求对比样表面的绗缝针迹与原样表面的方格形状完全对应。

3.2.2 测试结果

根据GB/T11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》，用YG606G 热阻测试仪(南通三思机电科技有限公司)测试织物热阻性能，1个测试样与1个对比样为1组试样，选3组试样分别编号为1#、2#、3#，每组试样分别测试3次，取平均值为对应试样的热阻值R，绒包应平整无折痕，热阻值测试结果如图7所示。在织物材质、经纬密度和充绒量相同的情况下，测试样比对比样有近2倍的保暖效果，一次成形方格立衬结构织物实现上下2层织物的无缝连接，表现出良好的保暖效果。

图7 热阻值测试结果Fig.7 Thermal resistance of velvet bags

3.3 防窜绒性测试

窜绒是指在羽绒制品的填充空腔内填充物移动的情况，目前针对防窜绒性的测试没有具体的标准。因此，结合日常生活中洗涤后羽绒制品的钻绒现象，根据文献中对羽绒制品洗涤的介绍[10]，设计羽绒制品防窜绒性实验。羽绒制品洗涤后，羽绒会在填充空腔中移动聚集成团造成分布不均匀，可以通过透光情况观察判断，透光好的地方羽绒少，反之羽绒多。洗涤后羽绒分布越不均匀的产品防钻绒性差。

本实验对测试样和对比样绒包进行洗涤观察，测试样绒包洗涤后整体透光效果不强，羽绒分布较均匀；对比样绒包明暗对比明显，羽绒分布不均匀。可以得出，一次成形方格立衬织物的经纬向立衬及纬向浮线，能够很好地阻碍填充物在空腔内移动，提高羽绒制品的保暖性。与现有面料的充绒方式相比，本文所设计的一次成形方格立衬结构织物的充绒步骤相对复杂，但是避免了后道绗缝工序的大量工作，且保暖性和防窜绒性均较好。

4 结束语

本文设计的一次成形方格立衬结构织物由上、下层，及中间层的经向立衬层和纬向立衬层组成。这种立衬结构使上下2层织物之间保持一定距离，一方面提供了充足的空腔用于填充羽绒，另一方面也避免了绗缝带来的上下2层绗缝连接处无羽绒、针孔钻绒的情况，有效地提高了羽绒制品的保暖性。同时，纬向立衬由连续的纬浮线组成，对横向填充空腔内的填充物起到固定作用，能够防止窜绒，避免由于羽绒移动带来的保暖性差的问题，改善了羽绒制品的使用性能。此外，方格立衬结构在织机上一次成形与人工绗缝的方式相比，降低了成本，减少了原料。

此外，通过织造实践，验证了具有方格立衬结构织物的一次成形织造的可行性，总结了织造技术的要点，并验证了其优良的保暖性能和对填充空腔内羽绒良好的固定作用，为羽绒制品的设计和开发提供了新的思路和实践方法，在今后的研究中应充分考虑羽绒制品的实际需求，进一步优化结构设计及织造工艺，实现其产业化的应用。