段染纱横编袜子花纹形成方法

徐艳华， 袁新林

(常州大学 美术与设计学院， 江苏 常州 213164)

随着人们对生活品质要求的逐步提升，袜子作为服装配饰已从最初满足保暖需求而逐渐注重装饰和审美功能。花纹是袜子满足人们审美需求的最重要的表现元素[1]。袜子的花纹通常设计在更为显眼的袜筒部位[2]，与服装恰当搭配，能够起到呼应设计主题、强化造型风格的功效[3]。袜子常用小筒径圆机编织，通过编织方法形成花纹，采用的组织有添纱、移圈与提花等，通常以异色纱线按提花组织多路编织形成花纹为多[4]。随横编成形技术的发展，电脑横机逐渐用于袜子的编织，袜头和袜跟采用局部编织工艺，袜脚、袜筒和袜口采用圆筒编织工艺，能真正实现袜子的全成形编织[5]。

段染纱是具有多种不同颜色段的花式纱线，其色段循环长度有普通的和长距离的。前者色段长度约等于绞纱框长度，多为2～6色，后者色段的长度不受限制[6]。用段染纱编织针织物，可将针织物的肌理效果与段染纱的特点相融合，随机中显规律性，色彩层次丰富，风格独特，能较好地满足设计与审美需求[7-8]。有关段染纱针织物花纹形成方法的研究侧重以实验试织方法得出其规律性。

段染纱纬编织物花纹的形成主要与彩段长度、彩段循环长度及织物宽度相关，在三者达到某一比例关系时，织物将形成条纹、网纹等花纹[8-9]。段染纱平针织物菱形花纹的形成受织物一横列用纱量与彩段长度比及彩段循环长度共同影响[10]。横编织物中段染纱的分布规律可用三角波函数模拟，预测花纹与编织花纹具有很好的一致性[8]。特别的纺纱和染色技术赋予段染纱丰富的色彩和肌理效果，加以充分利用可拓宽针织产品设计空间[11]。段染纱针织物花纹的多变，加上袜子穿着后又呈三维圆筒状态，使得生产前较难确定其所形成的花纹效果。袜子的花纹可在OpenGL中利用贝塞尔曲面构造出的三维模型结合提花组织贴图实现花纹仿真[12]，其仿真效果更好，可拓展袜子的设计方法。

但对于给定的段染纱，其横编袜子花纹形成规律及方法少有研究。本文对普通段染纱横编袜类筒形织物形成花纹方法进行探讨，根据段染纱色段分布特征，分析得出段染纱在横编筒形织物上色段分布和花纹形成规律，编制MatLab语言程序模拟花纹，并据此给出段染纱横编袜子形成花纹的方法，以期为段染纱袜子的花纹设计提供参考。

1 段染纱色段在筒形织物中分布规律

圆筒编织是横机上生产筒形织物的方法，编织时织物是双层结构，纱线呈圆周螺旋式编织入织物，下机后即成圆筒形态。圆筒编织是电脑横机上全成形袜子的主要编织工艺之一[5]。用1根段染纱进行圆筒编织，下机后纱线以线圈单元在筒形织物中呈螺旋形堆叠(见图1)，色段呈“O”形顺序循环排列，织物呈现出色段圆周错位叠加效果。当圆筒一周用纱长度与色段循环长度处于某一比例关系时，织物上会形成某一形状的花纹。

图1 筒形织物中色段分布Fig.1 Distribution of color segments in tubular fabric

以色段循环数为4的段染纱为例，在圆筒编织成筒形织物后，各色段转变为同色线圈相邻排列，可称为色节(见图1)，横列中的色节长度及排列循环为h1、h2、h3和h4，并首尾相连呈“O”形堆叠。圆筒一周线圈数为K，横密为P，线圈长度为ks，则长Hi的色段对应织物横列中的色节长为：hi=Hi/Pks。

2 段染纱在筒形织物中分布模拟

各色节在织物中呈圆柱螺旋式分布，为模拟如图1所示的分布，将各色节在横列中可简化为若干微小线段相连，如图2所示，各色节的分布则可用与色节的圆柱螺旋式分布形式一致的圆柱螺旋线来模拟，其半径为1，螺距为2π。横列中色节的长度为hi(i=1，2，3，…)，则可按一个螺旋周长2π与圆筒周长K/P之比换算成圆柱螺旋线上的色节长度为ni，即ni=2πHi/(Kks)。

图2 圆柱螺旋线中色节分布Fig.2 Distribution of color segments in cylindrical helix

假设1根段染纱沿X轴编织一个横列，则4个色节在X轴上的位置可依次表示成：(0，h1)、(h1，h1+h2)、(h1+h2，h1+h2+h3)和(h1+h2+h3，h1+h2+h3+h4)，并依此循环。将该横列按筒径“O”形堆叠，就得到图1所示的色段排列。据此假设圆柱螺旋线沿X轴顺直，则4个色节位置依次为：(0，n1)、(n1，n1+n2)、(n1+n2，n1+n2+n3)和(n1+n2+n3，n1+n2+n3+n4)，并依此循环；再以1为半径“O”形堆叠这一直线，则可得到图2所示色节排列。

模拟程序设计思路和方法：根据段染纱设定圆柱螺旋线上各色节的颜色，针对1个色节，先划分为微元段，用MatLab圆柱螺旋线函数绘制出各微元段，获得该色节在圆柱螺旋线上的分布，然后所有色节同法绘制可获得1个色节循环在圆柱螺旋线上的分布，最后根据编织一定高度的筒形织物所需的段染纱色段循环次数确定色节循环次数，按此次数用循环语句在同一圆柱螺旋线上绘制这些色节循环，则获得图3所示的色段分布模拟图。模拟程序流程如图4所示。

图3 筒形织物中色段分布模拟Fig.3 Imitation of color segments in tubular fabric

图4 模拟程序流程Fig.4 Framework of imitation program

3 段染纱筒形织物花纹形成验证

选用4种不同色段分布的77 tex段染毛/腈纶纱(70/30)，各自颜色排列顺序、分段数、循环长度及平均值如表1所示，各色段长度与文献[8]所述一致。

表1 段染纱分段情况与循环长度Tab.1 Specification and cyclic length of section dyed yarn

用机号为12G的电脑横机试织筒形织物，最佳编织密度下度目值为95，测试出线圈长度为6.338 mm， 并计算出一个循环长度的段染纱在最佳密度下可编织282个线圈。由前文分析可知，如果圆筒一周用纱长度刚好是循环长度的1倍时，则同色色段将会在相邻横列的相同位置出现而形成纵条纹，圆筒一周用纱长度刚好是循环长度的一半时，则同色色段将会在每隔一横列的相同位置出现而形成纵条纹。据此确定4种段染纱依次顺时针编织圆筒一周138针、140针、142针和144针的筒形织物实样，上机编织宽度依次为69针、70针、71针和72针，如图5 所示，将线圈长度、色段长度和颜色等参数带入MatLab程序模拟出花纹。

图5 织物实样与模拟花纹Fig.5 Fabric patterns and imitated patterns. (a) Fabric of 1#; (b) Imitation of 1#; (c) Fabric of 2#; (d) Imitation of 2#; (e) Fabric of 3#; (f) Imitation of 3#; (g) Fabric of 4#; (h) Imitation of 4#

由图5可见，段染纱在筒形织物上形成的花纹主要有纵条纹、左斜纹和右斜纹。当圆筒一周用纱长度略小于色段循环长度的0.5倍时形成左斜纹，而当圆筒一周用纱长度略大于色段循环长度的0.5倍时形成右斜纹。模拟花纹与织物花纹大体一致，可见模拟的有效性，但模拟花纹与织物花纹存在一定误差，如条纹边缘不够清晰和顺直，条纹倾斜角度也有些差异。段染纱每个循环长度、同色段的长度并不是完全一致，以及编织时纱线张力的波动带来的循环长度的变化，都可导致织物实际花纹不能与模拟花纹完全一致。如果使用同色段长度、循环长度均一致的段染纱，编织时采用定长喂纱均可降低误差。

4 线圈长度变化对花纹的影响

由色节长度公式可知，色段分布随线圈长度的变化而变化。这表明筒形织物编织时如果线圈长度发生变化，其花纹也随之发生变化。保持色段循环长度不变，修改3号段染纱色段长度和颜色来模拟确定花纹的变化情况，结果如表2所示。表中“色段排列顺序”中的数字表示段染纱色段，两端的色段为一段，用1个数字表示，中间的色段为同色色段，按色段循环顺序用2个数字表示。

表2 段染纱颜色及色段长度重设Tab.2 Redesign of section dyed yarn

然后改变线圈长度，以6.338 mm为中间值，取其值变化±0.625%、±1.25%、±2.5%和±5%共9个线圈长度值，将各参数输入程序模拟出花纹，如图6所示。图中呈现的深灰色实为紫色，浅灰色实为绿色，黑色仍为黑色。

图6 不同线圈长度的模拟花纹Fig.6 Imitated patterns for different stitch length

由图6可知，线圈长度为原值时，花纹为纵条，且与图5(f)所示一致。线圈长度逐渐减少，变为左斜，并逐渐接近横条纹，线圈长度逐渐变大，变为右斜，也逐渐接近横条纹。线圈长度作较小范围的变化，就可从左斜纹变成右斜纹。斜纹在段染纱袜子中较为常见，与实际情况一致。经模拟显示，当圆筒一周用纱长度刚好为循环长度的0.5整数倍时，均可形成纵条纹，而偏大或偏小就会形成斜纹。在圆筒一周用纱长度等于色段循环长度时，并使用2路编织筒形织物，第1路线圈长度稍调小，第2路线圈长度稍调大，这样同一根段染纱的相同色段在筒形织物上每隔一横列在同一位置稍有移位地出现，则形成左斜纹与右斜纹相互交叉构成菱形网纹，如图7 所示。

图7 2路编织的模拟花纹Fig.7 Imitated pattern for 2 feeders

5 段染纱筒形织物花纹形成方法

据上文线圈长度变化对花纹的影响分析可得段染纱筒形织物花纹形成方法，并据此另选3种不同色段分布的166.7 tex毛/腈纶(70/30)段染纱在机号为5G的电脑横机编织筒形织物予以验证。最佳编织密度下度目值为70，测试出线圈长度为11.790 mm， 3种段染纱循环长度为1 752 mm，则一个循环长度的段染纱在最佳密度下可编织148个线圈。表3示出166.7 tex毛/腈纶段染纱分段情况。

表3 166.7 tex毛/腈纶段染纱分段情况Tab.3 Segmmentation of 166.7 tex wool/acrylic section-dyed yarn

1)依前文所述筒形织物圆筒一周用纱长度为色段循环长度0.5倍时可形成纵条纹，按此确定3种段染纱顺时针编织圆筒一周74针的筒形织物实样，上机编织宽度为37针。所得筒形织物花纹为纵条纹，如图8所示。稍稍调大和调小度目值改变线圈长度则可形成左斜纹或右斜纹。

图8 直条纹筒形织物Fig.8 Tubular fabric with straight striped. (a) Sample 5; (b) Sample 6; (c) Sample 7

2)在圆筒一周用纱长度大概是色段循环长度的0.5倍时，将筒形织物沿纵行方向依次分成几段，相邻2段用稍稍不同的线圈长度编织，形成的条纹则会在左斜、右斜或纵条之间变化而得到曲折条纹，如图9所示。不同长度的线圈在织物外观上并没有明显的大小区别。

图9 曲折条纹筒形织物Fig.9 Tubular fabric with zigzag striped. (a)Sample 5;(b)Sample 6; (c) Sample 7

3)依前文所述筒形织物在圆筒一周用纱长度等于色段循环长度时，依此确定3种段染纱顺时针编织圆筒一周148针的筒形织物实样，上机编织宽度为74针。用稍调小和稍调大的2种线圈长度2路编织，筒形织物上左斜纹与右斜纹相互交叉而形成菱形网纹，如图10所示。

图10 菱形网纹筒形织物Fig.10 Tubular fabric with rhombic reticulation(a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3

图8～10中所示筒形织物条纹边缘不够顺直，则是因为段染纱循环长度、同色段长度并不是完全一致所导致的；此外，编织张力的波动带来循环长度的变化，也会致使织物花纹不能与模拟花纹严格一致。如果段染纱同色段长度一致、每一循环长度也是一致的，或者编织时采用积极给纱装置定长喂纱则可极大改善上述问题。

6 结 语

本文分析普通段染纱色段在横编筒形织物上的分布规律，用MatLab程序进行模拟，给出段染纱横编袜子花纹形成方法，得出如下结论：

1)段染纱色段分布规律融合横编筒形织物的圆周编织方式，可形成多彩多样的条状花纹，并可用圆柱螺旋线函数来模拟织物花纹。

2)花纹形状由圆筒一周线圈用纱长度与段染纱色段循环长度的比例关系确定，设计生产中可改变线圈长度、编织路数等来获得纵条、左斜纹、右斜纹和菱形网纹等。

3)当圆筒一周线圈用纱长度等于段染纱循环长度一半的整数倍时，均可形成纵条纹，而偏大或偏小均会形成斜纹。

4)当筒形织物纵向相邻2段用稍有不同的线圈长度编织，则可形成曲折条纹；当相邻2路用稍有不同的线圈长度编织，则可形成菱形网纹。