全成形针织孕妇托腹裤的工艺模型与实现
2022-06-22刘露丛洪莲黄娴沙莎
刘露 丛洪莲 黄娴 沙莎
摘要：为了探讨全成形四针床电脑横机开发服装品类的多元性，以优化孕妇托腹裤的服用性能作为出发点，对全成形针织孕妇托腹裤的成形原理和工艺模型进行研究。文章根据孕晚期女性的体型特征，梳理和分析了托腹裤的结构设计及编织工艺，实现了全成形针织孕妇托腹裤的一体成形。研究表明：针对孕妇腹部凸出的体型特征，可用局部编织来形成腹部的立体空间量;裆部连接的成形可选用双拼角编织，能起到较好的加固作用;托腹部位的花型设计可采用正反针移针组织，能同时兼具弹性和承重性;腹部局部编织和圆筒编织收针的针数，可通过全成形工艺转换的数学规律计算得出。文章最后对托腹裤进行了性能测试，结果显示其托腹结构具有一定的弹性和承重性，试穿对象的主观评价整体良好，验证了全成形针织孕妇托腹裤工艺模型与编织原理的可行性。
关键词：针织全成形;托腹裤;结构设计;成形原理;工艺转换;编织实现
中图分类号：TS184.5文献标志码：A文章编号： 10017003（2022）06008008
引用页码： 061111
DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.06.011（篇序）
基金项目： 国家自然科学青年基金项目（61902150）
作者简介：刘露（1994），女，博士研究生，研究方向为基于3D成形技术的柔性智能孕妇服装研发。通信作者：丛洪莲，教授，cong-wkrc@163.com。
针织孕妇托腹裤是现代孕期女性常备的一种功能服装，其腹部结构可以为孕妇腹部提供一个向上托举的支撑作用来缓解孕肚过重引起的腰痛不适，具有一定的人性化服用功能。但目前市场上的针织托腹裤都存在缝线挤压皮肤引起不适、托腹功能欠佳、工艺繁琐等问题，全成形技术可以生产一次成型、无需二次套口缝合的服装，能够为孕妇这一特殊群体提供舒适的孕期着装体验。目前有唐雨洁等[1-2]探讨了孕妇全成形毛衫上的工艺设计与应用、薛嘉雯[3]研究总结了普通针织托腹裤的结构处理技巧、吴改红[4]对孕妇裤的原型建立提供了解决方案，但以上专家学者没有针对性地将全成形技术作为针织托腹裤的研究出发点。因此，本文针对孕晚期女性的三维体型特征探讨了全成形针织托腹裤的二维版型结构，分析其成形原理和工艺实现方案，旨在优化针织孕妇托腹裤的穿用性能，为全成形技术下的孕妇服装研发提供理论依据及参考。
1 全成形托腹裤工艺原型
1.1 孕妇三维体型特征
孕期女性的体型变化主要集中在腰、腹、臀等部位，其中腹围的变化最大，因此托腹裤的工艺设计一定要以孕妇体型特征的变化为基础。首先应测量并分析妊娠期女性这三个维度的尺寸数值，并分析其变化特点，以便对托腹裤款式与尺寸规格进行合理设计[5]。图1为孕晚期女性的体型及其三维模型。需要测量的孕妇身体尺寸主要包括孕妇腰围yWL、腹围yAL、臀围yHL、前裆长LOP、后裆长LPQ。随着孕期的增加，孕妇的腰围、腹围、臀围尺寸也会随之增大。假设孕晚期的腹围为y′AL，那么孕妇腹围与月份之间的关系可简化为下式所示：
y′AL=kx+yAL（1）
式中：k为腰围、腹围、臀围随着孕期增加的变化系数（k>0）;x为妊娠月份，按照从孕晚期开始穿用托腹裤来计算，x的取值为8同理，孕妇腰围、臀围与月份之间的关系亦可参考式（1）。
1.2 托腹裤二维工艺版型
目前市场上的孕妇托腹裤从结构上分有单层托腹款和交叉双层托腹款，从外形上分有宽松款和紧身款，从长度上看有
七分裤、九分裤和长裤。本文针对较为常见的单层托腹九分紧身款展开研究，这种款式多为高腰设计，托腹结构一般起自耻骨底端、两侧至髋骨、向上延伸包覆前侧孕肚和后腰，可以起到承托孕肚、缓解孕期腰痛的作用。而主体裤筒则需尺寸合身以适应孕妇体形[6]，具体结构如图2（a）所示。结合平面制版技术将其展开后可以得到图2（b）中的二维版片，WL、AL、HL、CL、KL分别是腰围线、腹围线、臀围线、裆线和膝围线，L2、L3分别为前后裆长。托腹裤结构左右对称，主要包括托腹结构和主体裤身两个部分。
2 全成形托腹裤成形工艺
针织全成形技术可以实现托腹裤从纱线到成衣的一体编织，无需裤片的拼接与缝合，避免了缝线不牢、挤压皮肤等问题，缩短了工艺流程，更提高了孕妇下肢的穿用舒适性。本文全成形针织孕妇托腹裤的一体成形采用从裤口到腰头的竖向编织方式，主要包括裤筒（含裆下拼角）编织、托腹结构编织和腰头编织三个部分，整体的成形编织工艺如图3所示。
2.1 裤筒成形工艺
裤筒的整体成形编织是按照裤口罗纹、裤筒、裆下拼角三个步骤进行。在组织设计上，考虑到胎儿在发育时会使孕妇下肢血液回流受阻导致静脉曲张，本文选用轻薄舒适且回弹性好的平纹组织。
裤筒的成形编织以裆部的拼角工艺最为关键。本文全成形针织托腹裤的裆下拼角方式采用了双拼角，可以在裆下连接处进行重复的局部罗纹编织以加固N点与N′点之间的连接。这种横向拼角连接更贴合人体，孕妇腿部活动的自由度高，也较为牢固耐穿。如图4（a）为其拼角示意，图4（b）为裆下拼角加固的3D线圈模拟。其拼合过程为：首先左裤筒边缘的两个线圈形成扭转线圈，以成圈补洞加固拼角;然后左裤筒边缘的两根针向右裤筒针床上转移，将两裤筒的线圈连接起来;接着织针一边在两侧原裤筒的线圈上成圈，一邊在裆部编织单个的1×1罗纹线圈来反复加固拼角。经统计，左裤筒向右裤筒转移的4个线圈在拼角过程中，图4（c）中第六步所示的1号～3号线圈均编织了2次，加固了裆下拼角的连接[7-8]。
2.2 托腹结构成形工艺
环腰托腹的结构是孕妇裤立体成形的关键。妊娠晚期女性的腹部是一个凸出的三维弧面，该结构主要起到包覆腹部、承托孕肚的作用，其立体结构如图5（a）所示。因此，托腹结构的组织设计选用了厚实但回弹性好的正反针移针花型，图5（b）为该部位的花型组织设计，其中棕色块为前上针床编织前片的反面线圈，蓝色块指前下针床编织前片正面线圈。移针组织的编织原理如图5（c）所示，这种组织通过正反针之间的移位，使线圈以罗纹编织的方式相互交叠在一起，因此织物较为厚实，承托性能良好，可以缓解孕妇腰椎的负担;同时孕肚所需要的横向延伸性能也十分优越，不会压迫到胎儿。
2.2.1 成形原理
按照全成形工艺原理，本文将托腹结构的编织分为R区、S区、T区三个部分，工艺模型分区如图6所示。首先是R区的局部编织。局部编织又称引返编织或楔形编织，是指在编织时同一针床上部分织针暂时停止编织，但织针上的线圈不退下来，另一部分织针则继续进行编织。当需要时暂停编织的织针重新进入编织，从而编织出如肩斜、袖山弧线和圆下摆等特殊织物结构的一种工艺。本文托腹结构R区使用的是两边暂停中间编织的局部编织方式，该过程中主体裤身的线圈需要停止成圈，先单独编织前身腹部的花型组织。这部分是前片比后片多出的部分纵向余量，用以实现腹部所需的立体凸面空间[9]，可较好地贴合凸起的孕肚。接着是S区，过程中之前暂停编织的前后身平针线圈重新参与成圈，与前片的移针组织一起进行圆筒编织。身片两侧的平针线圈要分次进行均匀收针，并与中间移针区域的线圈重叠，来减少参加平针编织的线圈数量，使得裤身侧边不形成接缝，尺寸更合体舒适。最后编织T区，该部分是前片和后片同时编织托腹结构上侧的移针组织，以及中间的平针组织，直至后片开始引返编织时结束。至此，本文的针织全成形托腹裤通过结构设计与裤身完成了无缝衔接，实现了从裤摆到腰线部位的一体成形。
2.2.2 工艺转换
全成形托腹裤托腹部位的转换以平面制版中的女裤纸样为基础，主要是R区的局部编织和S区的圆筒编织的工艺转换。该过程需考虑裤身前后片的横纵向尺寸、编织针数及编织方向，都应遵循全成形工艺技术的编织原理。
1） 局部编织转换。孕后女性腰腹维度的增加主要都集中在前身，所以平面制版中会把相较于孕前增加的维度都加在前身片，比如前片的腰围为：
L前=（L′WL-LWL）+LWL/2=L′WL-LWL/2 （2）
全成形圆筒编织形成的服装是前、后身等宽的二维平面形态，因此托腹裤的前后片横向尺寸只能是一致的。结合全成形技术特点，在前片进行局部编织能纵向增加腹部的立体空间量，局部编织的长度可用孕期女性前、后裆长之差作为参考。如图7所示，L2为托腹裤的前裆长，L3为托腹裤的后裆长，Lgo′为后片托腹的下边缘到裆部的长度，Lfh为后片腰线到托腹下边缘的长度，Leo为前片托腹结构下边缘到裆部的距离。利用公式（3）（4）（5）将托腹裤的各个横纵尺寸进行工艺计算，并将其转化为全成形编织工艺，如下式所示：
M=Lgo′·ρY1+Lfh·ρY2（3）
N=Leo·ρY1+（L2-Leo）·ρY2（4）
P=M-N （5）
式中：M为转换后的后裆长针数，N为转换后的前裆长针数，则P即为前片托腹结构的局部编织针数;ρX1、ρY1为主体裤身平针组织的横密和纵密，ρX2、ρY2为托腹部分移针组织的横密和纵密;织物密度与四针床电脑横机机号、纱线细度、机器度目、编织组织等工艺参数相关，上机成形前可通过试织小样的方法确定横纵密[10]。
2） 圆筒编织收针转换。托腹结构在完成耻骨上侧的局部编织后，逐渐靠近孕妇腹部最大围，其中的托腹移针组织在逐步加针编织。但是为贴合孕妇體型从腹围到腰围的整体尺寸递减，裤前片的平针组织要从Luc到Lab边缘收针直至线ab处，在减少维度的同时保证花型的完整。在全成形工艺中，收针要分次均匀进行以实现编织的平衡和服装的外在美观性。通过计算横向变化的尺寸和托腹区域横密之间的乘积，可得该范围两侧的收针针数，如下式所示：
n=（Luc+Ldv）/ρX2-（Lab+Lcb）/ρX1（6）
式中：线ab为局部编织理论上结束的行数，n为托腹结构在该区域应收的全部针数。按照全成形工艺中较为稳定的单次左右两侧各收2针来计算，S区的收针次数为n/4。
结合全成形工艺转换得到的收针圆筒编织原理，如图8所示。
2.3 腰头成形工艺
腰头的成形编织分为腰头引返、收针编织、平摇编织和平收针四部分，编织工艺模型如图9（a）所示。前、后片的引返编织是为了更加贴合人体后腰处曲线，按照先右后左的顺序在两侧引返织针上成圈，并以此作为一个周期向上循环编织。698811A5-559C-44BC-938F-44674D2B9355
每次的引返线圈都比上一周期相应减少，直至完成引返部分的成圈编织。在编织腰头的过程中，先收针减少参与成圈的织针数量，以避免孕妇穿着时腰部出现松滑。最后，前后针床织针继续完成2×2罗纹腰带的圆筒编织，并以平收针处理结束。引返编织意匠图和原理如图9（b）（c）所示。
3 全成形针织托腹裤编织实现
3.1 原料选用
为满足孕妇在妊娠期逐渐增长的体型维度，全成形针织托腹裤的原料应具有良好的回弹舒适性。本文托腹裤的主纱选用20 tex的黏胶，其纤维化学成分基本与棉纤维相同，因此具有棉纤维手感柔软、光泽好的特性，并且其超强的抗静电性能让衣片十分滑爽不会附着于皮肤，而良好的吸湿性与透气性使其具有良好的透气、调湿功能，含湿率也符合人体皮肤的生理要求。此外，为了进一步增加全成形针织托腹裤的弹性，在平纹组织和罗纹组织中混织入氨綸单丝，防止孕肚压迫孕妇下肢血管，舒缓静脉曲张的不适感[11]。
3.2 尺寸设计
根据2019年发布的FZ/T 73063—2019《针织孕妇装》行业标准，孕妇装的号型以人体身高厘米数表示“号”，以腹围厘米数表示“型”。身高以145 cm为起点，以5 cm分档;腹围以70 cm为起点，以6 cm分档或标注适穿范围。本文以孕晚期女性为研究对象，将号型确定为160 cm/（87～100 cm）。其次前后裆长的设计，会直接影响到孕妇腰腹部的穿着舒适性和承托的功能性。根据该标准要求，孕妇裤的裤子直裆应大于20 cm（不包括内裤），本文托腹裤前裆长L2取值45 cm，后裆长L3取值41.5 cm，关键尺寸设计如表1所示。
3.3 上机参数
本文实验设备采用MACH2XS153-15G四针床全成形电脑横编机（日本岛精公司）及其配套的SDS-ONE APEX3系统。整个编织过程要用7个导纱器，其中3个是起底导纱器，以及4个用于牵引黏胶纱和氨纶单丝的主纱导纱器。上机编织时，托腹裤中平针组织编织的纱环长为5.8 mm，编织移针组织和2×2罗纹时分别为5.7 mm和5.9 mm。编织速度的设定为：主体裤身的平针组织是0.8～1.0 m/s，腹部收针及移圈等过程的速度可降低0.1 m/s，腰头平收针的机速再适当降低0.1 m/s，相关上机参数如表2所示。编织过程中需要根据上机编织情况不断调整参数，以达到最好的样衣成形效果[12]。
3.4 托腹裤性能测试
在机器上编织结束后，拆除托腹裤裤筒部分的废纱，再手工处理掉纱线头，经检验、洗水、整烫后即可穿着，其正面、侧面的穿着效果及局部细节如图10所示。为了进一步评估托腹裤的实际穿用性能，对其进行了弹性和承重性的测试，并展开了主观评价实验。
3.4.1 弹性和承重性测试
本文在YG（B）026ET电子织物强力机（常州新纺检测仪器设备有限公司）上进行了定负荷测试，以评估全成形针织托腹裤的弹性。实验设置的负荷值90 N，夹距为200 mm，拉伸速度100 mm/min，实验结果显示托腹部位的移针组织伸长率达到了21%。即可在本文托腹裤88 cm腹围的前提下，拉伸至106.48 cm，完全能满足孕妇装行业规定的孕晚期100 cm的腹围上限。此外，测试显示的弹性回复率为83%，保证了穿用的回弹舒适性。
在承重性方面，邀请到5位妊娠晚期女性作为实验对象试穿托腹裤。让每位实验对象以同一姿势站立在相同位置，然后测量其腹凸点在穿用托腹裤前、后离地面的高度，如图11所示。设实验对象在穿用托腹裤后与穿用前的腹凸点高之间的差值为Δh，实验结果显示五位妊娠晚期女性的Δh值均大于0，分别为0.3、0.5、0.4、0.6 cm和0.8 cm，由此可以证实本文全成形针织托腹裤具有一定的承重性。
3.4.2 主观评价实验
实验中对5名孕晚期女性展开了满意度的问卷调查，统计分析她们对试穿托腹裤的主观感受。评价标准包括托腹感、腹部无压迫感、整体舒适感、穿脱容易度及整体满意度，每种标准的对应评分为1分（很不满意）、2分（不满意）、3分（一般）、4分（满意）、5分（很满意），具体调查情况及平均分如表3所示。实验中的每项评价标准的平均分均高于4分，可见各位试穿女性对托腹裤的整体效果较为满意。这说明托腹裤具有穿用舒适性及较好的托腹效果，实现了舒适性与功能性的高度结合，验证了本文全成形针织孕妇托腹裤工艺模型与编织原理是可行的。
4 结 论
本文以四针床电脑横机的全成形工艺为技术手段，研究了孕妇针织托腹裤的结构设计和成形原理，并对关键部位的全成形工艺转换进行数学规律的总结，可得出如下结论。
1） 孕晚期女性的腰围、腹围、臀围根据月份的变化呈现相应的数学规律，在确定孕前腹围y和变化系数k后就可以得到不同孕期、不同体型的孕妇身体维度。
2） 在全成形托腹裤的成形过程中，托腹裤裆部的双拼角方式通过局部的单个罗纹编织可以起到较好的加固作用;托腹部位的组织设计为移针花型，编织时按照局部编织、收针圆筒编织和腹部上端编织依次进行，能得到具有承托效果环腰腹的立体托腹结构。
3） 为形成孕妇前腹部凸出的立体空间量、贴合腹围到臀围的变化，可用全成形局部编织工艺来处理。局部编织的转数和圆筒编织收针的针数与前后裆长、托腹结构尺寸设计及织物横纵密度紧密相关，可通过全成形转换公式中的数学规律计算得出。
4） 通过仪器测试和孕妇试穿展开性能测试，实验结果说明本文托腹裤具有一定的弹性和承重性，并且穿用感受较为舒适，兼顾了孕妇装的功能性与实用性要求，验证了本文全成形针织孕妇托腹裤的可行性。
虽然目前全成形技术还没有全面应用到孕妇装领域，但未来全成形技术一定是人性化孕妇服装市场的发展方向。本文研究内容不仅旨在为孕期女性提供更好的穿着体验、丰富全成形技术的产品种类，更是为各大企业对于全成形技术下孕妇服装的设计与开发提供理论依据及参考。698811A5-559C-44BC-938F-44674D2B9355
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Process model and realization of knitting fully-formed pregnant womens abdomen supporting pants
LIU Lu1， CONG Honglian1， HUANG Xian2， SHA Sha3
（1.Engineering Research Center for Knitting Technology， Ministry of Education， Jiangnan University， Wuxi 214122， China; 2.Wuxi Pacific KnittingCo.， Ltd.， Wuxi 214037， China; 3.School of Fashion Design， Wuhan Textile University， Wuhan 430073， China）
Abstract：Pregnant women are a particular group. The development of their fetuses in the abdomen will bring a great burden to the lumbar spine of pregnant women. Therefore， abdomen supporting pants with the function to reduce the load on the waist are becoming a common garment style for modern pregnant women. The abdominal structure of the abdomen supporting pants can provide an upward-lifting support for the abdomen of pregnant women to relieve low back pain， which is a humanized design. However， there are some problems in the abdomen supporting pants on the market， such as the discomfort caused by the seam squeezing the skin， poor abdominal supporting effect， complex cumbersome technology， and so on. The advanced fully-formed four-needle-bed computerized flat knitting machine in the field of knitting can develop garments formed in one time， which improves the wearing comfort of the product. In recent years， it is also gradually integrating with different kinds of clothing. Combined with the full forming technology， this paper studies the forming principle and process model of knitted pregnant womens abdomen supporting pants to optimize the wearing performance of pregnant womens abdomen supporting pants and provide a more comfortable dressing experience for them.
This paper analyzes the three-dimensional body shape characteristics of pregnant womens waist， abdomen and buttocks. Then it obtains the two-dimensional process version of abdomen supporting pants combined with flat plate making technology， which makes it suitable for the two-dimensional knitting ways of full-forming technology. The forming process of fully-formed abdomen supporting pants includes pants barrel knitting， abdomen supporting structure knitting and waist knitting. Among them， the forming and knitting of the pant pipes is the most critical in the cornering process of the crotch. In this paper， the crotch angle of the abdomen supporting pants is a reinforced double angle. This connection method is not only firm and durable， but also suitable for the human body with higher freedom of movement. Secondly， the structure of the waist circling and abdomen supporting mainly plays the role of covering the abdomen and supporting the pregnant belly. Considering that the pregnant belly is a protruding three-dimensional curved surface， the partial knitting method of full-forming technology is selected to realize it. In this paper， we select the front and back stitch shifting structure with thick and resilient performance for the weave design of abdomen supporting pants. The fabric has good supporting performance and excellent transverse extension performance to alleviate the burden of pregnant womens lumbar spine. Based on the size of womens pant pattern， this paper makes a process conversion on the crucial part of fully-formed abdomen supporting pants and summarizes the mathematical laws following the knitting principle of full-forming process technology before the computer experiment. Finally， it is knitted on the machine for verification. This paper combines the advanced fully-formed knitting technology with the comfort and functional needs of pregnant womens abdomen supporting pants， which promotes the diversified development of full-forming technology in the development of garments categories. The study shows that： given the body shape characteristics of pregnant womens abdomen， partial knitting can be used to form the three-dimensional space of the abdomen; the formation of crotch connection can be made by double angle knitting， because it can play a better reinforcement role; the front and back stitch shifting structure can be adopted for the design of the belly part， which could have both elasticity and load-bearing; the number of stitches for partial knitting and cylinder knitting of the abdomen can be calculated by the mathematical law of full-forming process conversion. Finally， the performance test of the abdomen supporting pants is carried out. The results show that the belly support structure has certain elasticity and load-bearing capacity， and the subjective evaluation of the trial object is generally good， which verifies the feasibility of the process model and knitting principle of the fully-formed knitted abdomen supporting pants.
Although the full-forming technology has not yet been fully applied to maternity clothing， it will be the future development direction of the humanized maternity garments market. The research not only aims to provide a better wearing experience for pregnant women and enrich the product types of full-forming technology， but also provides some theoretical basis and reference for major enterprises to design and develop maternity clothing under full-forming technology.
Key words：fully-formed knitting; abdomen supporting pants; structural design; forming principle; technology conversion; knitting realization698811A5-559C-44BC-938F-44674D2B9355
